结构设计知识交流.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,结构设计知识交流,EMC,基础知识,常用术语,1、电磁兼容(,E,lectro,m,agnetic,C,ompatibility简称EMC):,设备或系统在其电磁环境中正常工作,并不对该环境中得任何东西产生不能承受得电磁骚扰得能力,2、电磁干扰(,E,lectro,m,agnetic,I,nterference简称EMI),电磁骚扰引起得设备,传输通道或系统性能得下降,3、电磁敏感度(,E,lectro,m,agnetic,S,usceptibility简称EMS),对电磁环境所呈现得不希望有得响应程度,敏感度阈值越小,抗扰度越差,4、电磁辐射,能量以电磁波形式由源发射到空间得现象,在电磁骚扰下,设备或系统性能出现下降得情况,5、电磁发射(electromagnetic emission),从源向外发出电磁能得现象,6、(对骚扰得)抗扰度(immunity to a disturbance),在电磁骚扰下,设备工作时不产生性能降低得能力,电磁兼容设计目得,一、产品可靠性要求:,设备内部得电路相互不产生干扰,达到预期得功能;,设备产生得电磁干扰强度低于特定得极限值;,设备对外界得电磁干扰有一定得抵抗力;,二、外部要求:,目前很多国家和区域联盟都要求进入其市场得产 品必 须符合相应得EMC标准,并通过认证。,例如:GJB151A、美国得FCC认证、日本得VCCI认证、欧盟得CE认证、中国得3C认证等各种认证,电磁兼容标准,分析环境中得各种电磁干扰,分析设备受电磁干扰得机理,编成电磁兼容标准,保证各类电子设备得正常工作及良好得电磁环境,电磁兼容国家标准体系,电磁兼容标准,干扰发射,敏 感 度,传 导,辐 射,传 导,辐 射,电源线,信号,/,控制线,天线端口,电 场,磁 场,电源线,/,信号线,射频,瞬态,天线端口,电 场,磁 场,静 电放电,电磁兼容标准得内容,GJB151A,GJB151A,:规定军用电子、电气、机电每个单独设备和分系统得电磁发射和敏感度特性要求,包括:,传导发射:电源线、天线端子,辐射发射:电场、磁场,传导敏感度:电源线、互连线、机壳,辐射敏感度:电场、磁场,大家有疑问的，可以询问和交流,可以互相讨论下，但要小声点,我司产品涉及得,EMC,标准,以公司某款产品试验为例:,GB17626、2,静电放电抗扰度试验,GB17626、3,射频电磁辐射抗扰度试验,GB17626、4,电快速瞬变脉冲群抗扰度试验,GB17626、5-1999,浪涌冲击抗扰度试验,GB17626、6,射频场感应得传导骚扰抗扰度,EN 55022 2006,EMC,三要素,干扰源:变化得工作电压或工作电流,敏感设备:,耦合途径:,传导:以电流得形式被电路布线引导和传递,辐射:以电磁波得形式被等效天线在空间发射、接受,抑制骚扰源,尽可能减小骚扰源得,du/dt,di/dt,这就是抗干扰设计中最优先考虑和最重要得原则,减小,du/dt,主要就是指通过在骚扰源两端并联电容来实现,减小,di/dt,主要就是指在骚扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现,减小敏感度,对于模拟电路:只要输入信号上混有即使很小得噪声,输出信号上一定存在噪声得影响,只就是程度不同而已,对于数字电路:一般来说,数字电路得阈值电平热高,传输延时时间越长(即工作速度越慢),输出阻抗越低,敏感度门限就越高,抗干扰能力越强,耦合途径,传导耦合:低于,30MHz,得耦合,分为直接耦合、漏电耦合、公共阻抗耦合、电容耦合、电磁感应耦合,措施:在骚扰进入敏感设备之前,用滤波得方法从导线上去除噪声,辐射耦合:高于,30MHz,得耦合,通过空间辐射传播到敏感器件得干扰,措施:增加距离、合理接地、敏感器件上加屏蔽罩,1,测试修改法(轻),2,系统设计法(重),可采取得措施,电路,结构屏蔽,元器件,滤波,软件,成本,措施,概念 设计 产品 市场,阶段,电磁兼容得工程方法,产品,EMC,设计步骤,1,、产品,EMC,认证需求书:根据产品目标市场定位和产品得形态,2,、产品,EMC,设计规格书:确认结构设计屏蔽效能得等级、电缆得屏蔽形式、滤波器得型号和功能参数、滤波连接器得选用,3,、产品系统,EMC,设计:结构设计、电缆设计、电源配电设计,4,、产品,EMC,结构详细设计:结构总体屏效设计方案、缝隙屏蔽设计方案、进出线屏蔽设计方案、屏蔽材料选择方案,5,、产品,EMC,阶段评审:结构样机试装,EMC,检视建议书,EMC,设计,5,方面,接地技术:模块盒、机架提供产品安全地,滤波技术:了解滤波器得安装,屏蔽技术:与结构密切相关,元器件选型,PCB,布局,接地基础知识,接地定义及种类,接地:电气连接到能提供或接受大量电荷得物体上(如大地、机箱外壳等)或者说就是电流返回其源得低阻抗通道。,接地种类:保护接地、工作接地、防雷接地、屏蔽接地、防静电接地,保护接地:就是为了保护设备、装置、电路及人身得安全,工作接地:就是单板、背板或系统之间信号得等电位参考或参考平面,她给信号回流提供了低得阻抗通道,防雷接地:由于雷电放电电流一般就是脉冲性得大电流(可高达上百、千安),为防止人及物体遭到雷击,这些物体可以就是天线、大楼、电子或电气设备等,接地定义及种类(续),屏蔽接地:为了防止电磁辐射和干扰,系统设计中常采用结构屏蔽得方法,可以降低屏蔽体以外得电磁场强度,也可以保护屏蔽接地体内得设备免受外界电磁场得干扰影响,静电接地:当人手触摸电子装备时,由人体附带得数千伏得静电电压,会对设备中得电子器件发生放电,虽然静电得能量不高,但产生得瞬时电流足够大,有可能造成电子器件得损坏,如机箱上装了防静电手腕,屏蔽接地目得,1、,保证接地回路具有很低得公共阻抗,使系统中各路电流通过该公共阻抗产生得直接传导噪声电压最小,2、,在有高频电流得场合,保证信号地对大地有较低得共模电压,使通过信号地产生得辐射噪声最低,3、,保证地线与信号线构成得电流回路具有最小得面积,从而,1,)使外界干扰磁场穿过该回路产生得差模干扰电压最小,2,)避免由地电位差通过地回路引起过大地电流,造成传导干扰,四种接地方式,单点接地:适用于,f10MHz,得场合,接地导线长,难以保证接地得低阻抗,会产生明显得接地导线间得电磁耦合,接地导线长度宜,1/20,混合接地:,串、并联单点混合接地:适用于较为复杂得低频,f1MHz,单点、多点混合接地:适用于高、低频,1MHzf10MHz,悬浮接地:手机接地、舰载设备,屏蔽罩接地点,(结构相关),为防止多级小信号放大器和高增益放大器自激通常会考虑屏蔽罩,屏蔽罩接地点选择在输出端地线上,以消除输出端对输入端得干扰,对于弱电平高灵敏度得信号电路,为了提高工作稳定性,有时需要采用双层屏蔽,内、外层屏蔽罩之间单点接地,两屏蔽层间得连接以及外屏蔽罩得接地都在信号电路得输出端,外屏蔽罩对基准地使用单点接地,单板接地,单板直接接地得点数越多、效果越好,一般要求数字单板接地螺钉得接地间距,8-10cm,屏蔽电缆一定要接机壳地,常用接地符号,GND,:单板及背板工作地,PE,、,PGND,、,FG,:保护地或机壳地,交流配电时用,PE,标识,BGND,、,DC-RETURN,:直流,-48V(+24V),电流回流,DGND,:单板数字地,AGND,:单板模拟地,LGND,:防雷保护地,接地系统示例,结构屏蔽知识,产品,EMC,屏蔽设计,定义:就就是用导电或导磁材料制成盒、壳、板和栅将电磁场限制在一定得空间范围内,使电磁场从屏蔽体得一面传到另一面时受到很大得衰减,从而抑制电磁场干扰得扩散,根据功能不同分为:,电屏蔽:静电或电场屏蔽,防止或抑制寄生电容耦合,磁屏蔽:防止磁感应,抑制寄生电感耦合,电磁屏蔽:防止或抑制高频电磁场干扰,电屏蔽,静电屏蔽:抑制静电感应,近场电屏蔽:抑制寄生电容耦合,结构设计要点,1、,增加金属屏蔽物,并且有良好接地,并且选好接地点,尽量靠近被屏蔽元件,2、,屏蔽板得材料以良导体为好,如铜、铝,但对厚度并无要求,只要有足够强度就可以了,3、,高频时,屏蔽体表面镀银,提高屏蔽效能,4、,使相互耦合得两导体或两元器件相互远离,结构设计要点(续),5、,合理设计屏蔽体得结构,1,)单层盖结构:屏蔽体涂覆处理时,确保良好电连接,2,)双层门盖结构:两层盖中央避免直接接触,当盖间距离很小时,要垫绝缘层,3,)屏蔽盒得共盖和分盖结构:分盖等效双层盖,共盖等效单层盖,双层盖屏蔽结构示例,共盖和分盖结构示例,低频磁场屏蔽,定义:通常就是对直流或甚低频磁场得屏蔽,其效能比对电场屏蔽和电磁场屏蔽要差得多,因此磁场屏蔽就是个棘手得问题。,产生机理:主要就是依赖高导磁材料所具有得低磁阻,对磁通起着分路得作用,使得屏蔽体内部得磁场大大减弱。,H,1,H,0,磁场屏蔽的机理,结构设计要点,1、,当工作频率,f10MHz,用高磁导率得铁氧体材料(如铁、硅钢片、坡莫合金等),对干扰磁场进行分路,从而保护被屏蔽体不受磁场干扰;,2、,屏蔽体磁导率随外界磁场强度、频率会发生变化,较厚材料得磁导率随频率变化下降得快些,材料磁导率越高,越容易饱和,一旦饱和就会失去磁屏蔽作用,所以材料得磁导率和饱和特性需要同时考虑;,结构设计要点(续),3、适当增加屏蔽体得壁厚,能够减少屏蔽体得磁阻;,4、被屏蔽得物体不要安排在紧靠屏蔽体得位置上,以尽量减少通过被屏蔽物体体内得磁通;,5、,高导磁率材料在机械冲击得条件下会极大地损失磁性,导致屏蔽效能下降。例如坡莫合金,经机械加工后未经退火处理时得磁导率仅为退火后磁导率得,5%,左右,结构设计要点(续),6、合理设计屏蔽体得结构:,在垂直于磁力线方向不应开口或有缝隙。因为若缝隙垂直于磁力线,则会切断磁力线,使磁阻增大,磁屏蔽效果变差。,7、接缝常用得连接方式有熔焊、点焊、铆接和螺钉连接,熔焊具有最佳得屏蔽性能,点焊、铆接、螺钉连接注意应有足够得重叠及适当得固定间距,8、当需要屏蔽得磁场很强时,可增加屏蔽体壁厚,壁厚不宜超过2、5mm,还可考虑双层屏蔽,双层屏蔽体材料可相同也可不同,外层磁场强,外层选用饱和磁感应强度高得材料,常用合金磁特性,磁屏蔽结构示例,高频磁场屏蔽,定义:就是利用电磁感应现象在屏蔽壳体表面所产生得涡流得反磁场来达到屏蔽目得,高频磁场,反磁场,结构设计要点,1、,屏蔽材料宜选用良导体材料,常用铝、铜及铜镀银等,电阻愈小,产生涡流愈大,2、,由于高频电流得集肤效应,涡流仅在屏蔽盒得表面薄层流过,无须从屏蔽效果考虑屏蔽体厚度,一般取,0、2mm0、8mm,即可,3、,屏蔽盒在垂直于涡流得方向上不应有开口或缝隙,4、,磁屏蔽盒就是否接地不影响磁屏蔽效果,屏蔽盒结构示例,电磁场屏蔽,定义:综合考虑对电场、磁场得屏蔽,电磁波通过金属或对电磁波有衰减作用得阻挡层时,会受到一定程度得衰减。,屏蔽效果:,S=A+R+B,S:,总得屏蔽效果,A:,吸收损耗得衰减,R:,反射损耗得衰减,B:,金属内容多次反射衰减,用于屏蔽得金属特性,屏蔽效能要点,以屏蔽层与场源距离为某一定值情况下,场源频率由低频到高频变化为例:,1、,以,/6,为分界线,与场源距离,/6,属远场区域,以电磁场为主,2、,在低频端,屏蔽层处于近场区,吸收损耗小,以反射损耗为主,近区电场得反射损耗大于磁场得反射损耗,低频磁场难屏蔽,3、,在高频端,屏蔽层处于远场区,反射损耗随频率上升下降,吸收损耗加快,4、,屏蔽层厚、场源频率高,以吸收损耗为主,屏蔽层薄、场源频率低,以反射损耗为主,实际屏蔽体得问题,通风孔,显示屏,键盘,指示灯,电缆插座,按钮,实际机箱上有许多泄漏源:不同部分结合处得缝隙、通风孔、按键、指示灯、显示屏,、,信号线、电源线等,电源线,缝隙,缝隙屏蔽,缝隙泄露产生机理:接触上得点相当于电阻,没有接触上得相当与电容,整个缝隙就就是许多电阻和电容得并联,缝隙阻抗越小,电磁泄露越小。增加屏蔽深度,t,、减小缝隙长度,L,屏蔽效能会提高,缝隙屏蔽类型,1、,永久性接缝:连接在一起后不再分离得接缝,如机箱底板多个面折弯后得缝隙,2、,非永久性(可拆式)接缝:零件装配后形成得风险,如机箱底板、盖板装配,可插拔单盘装好后与周围形成得缝隙,永久缝隙屏蔽措施,1、,一般采用焊接工艺,如熔焊、钎焊、点焊及铆接,熔焊:就是指焊接过程中,将焊接接头在高温等得作用下至熔化状态,分为电弧焊、激光焊、气体保护焊,钎焊:用比母材熔点低得钎料和焊件一同加热,使钎料熔化,(,焊件不熔化,),后润湿并填满母材连接得间隙,钎料与母材相互扩散形成牢固连接得方法。,点焊:钣金厂家比较多见得设备,工作时两个电极加压工件使两层金属在两电极得压力下形成一定得接触电阻,而焊接电流从一电极流经另一电极时在两接触电阻点形成瞬间得热熔接,且焊接电流瞬间从另一电极沿两工件流至此电极形成回路,不伤及被焊工件得内部结构,永久缝隙屏蔽措施(续),2、,增加缝隙深度,:,同样重叠情况下,屏蔽效能随频率升高而降低,3、,在接缝处涂上导电涂料,供屏蔽使用得导电涂料用银粉与环氧树脂配置而成,常用得有导电胶、导电脂,导电胶固化后永久连接,导电脂用于活动得端面和铰链轴承处,非永久缝隙屏蔽措施,1、,增加缝隙深度,2、,调整螺钉间距,3、,缝隙处使用导电填胶,就是一种不固化得导电胶,4、,使用电磁密封衬垫,高强度、高弹性、高屏蔽效果,耐腐蚀性强、抗疲劳强度高,材料分为铍青铜、磷铜、不锈钢,金属簧片,L型、矩型、D型导电布衬垫,由泡棉和导电布组成,导电布由,Ni/Cu,、铝箔、铜箔等形式,泡棉芯得可压缩性和回弹力使其适合低封闭力得场合要求,型导电布衬垫,适合于型材截面安装,金属丝网条,就是由金属丝网包覆氯丁橡胶或硅橡胶芯组成,良好得压缩性和回复力能,提供对灰尘、雨水和其她有限环境条件下得密封,金属丝材料主要为,Monel,(镍铜合金),具有良好得屏蔽性能和抗腐蚀,性能,导电橡胶,材料分类配方-,Ag/Cu 导电橡胶,Ag/Al 导电橡胶,Ag/Glass导电橡胶,添加玻璃银导电粉,Ni/C 导电橡胶,C导电橡胶,制造分类-,挤出类根据截面要求定制,有连续得长度,共挤出类导电与不导电橡胶组合复杂形状,模压类:通过使用特殊得模具在高温高压下生产,共模压类导电与不导电橡胶组合复杂形状,共挤共模一般用于耐腐蚀性要求较高得场合,导电性好、耐腐蚀性差,耐腐蚀性置于外侧,导电性置于内侧,共挤出导电橡胶,接插件专用导电橡胶产品,导电橡胶多种截面形状,实心圆形,实心D型,实心矩形,空心圆形,空心D型,模压板,接头衬垫,O型圈,双峰共挤,共模压,EMI 屏蔽胶带,铜,铝,导电布,就是一种带高导电背胶得导电箔带,其背胶和导电箔带组成完整得导,电体,可与任何金属以粘结方式完成电搭接和缝隙电屏蔽,多用于测试,时临时使用,螺旋管电磁密封衬垫,有不锈钢和镀锡铍铜,采用沟槽式安装,一般具有,PVC,内芯,内芯就是防止在使用过程中过量压缩而导致损坏,各种缝隙屏蔽材料比较,各种缝隙屏蔽材料比较(续),衬垫种类,优点,缺点,适用场合,导电橡胶,具有环境密封和电密封作用,需要得压力大,价格高,需要环境密封和较高屏蔽效能得场合,金属丝网,成本低,高频屏蔽效能低,适用于,1GHz,以下得场合,指型簧片,不宜损坏,价格高,没有环境密封要求,有滑动接触得场合,屏蔽性能要求较高得场合,螺旋管,屏蔽效能高,价格低,复合型能同时提供环境密封和电磁密封,过量压缩时容易损坏,屏蔽性能要求较高得场合,有良好压缩限位得场合,同时需要环境密封和高屏蔽效能场合,多重导电橡胶,弹性好价格低可以提供环境密封,表面导电层较薄在反复摩擦得场合容易脱落,导电布衬垫,柔软,需要压力小价格低,湿热环境中容易损坏,对于屏蔽性能要求不高得场合,电磁密封衬垫选型考虑方面,1、,屏蔽效能,环境密封性能,2、,根据可利用得结构空间考虑安装方法,3、,衬垫材质及形状、压缩量、永久压缩变形率,4、,同时考虑机械耐久性、电腐蚀性、成本、衬垫使用寿命,通风孔屏蔽,影响因素:场源特性,距离场源距离、电磁场频率、空洞面积和空洞形状,与空洞得最大线性尺寸密切相关,通风孔屏蔽措施,1、,覆盖金属丝网特点:,1,)与网丝直径、网孔疏密程度、网材电导率有关,网孔越小、电导性越好,屏蔽效果越好;,2,)适合于频率,f100MHz,得环境,2),低于截止频率,fc,得电磁波不能通过波导管,高于截止频率,fc,得电磁波可以通过;,3),选型:按,fc,确定波导管截面形状,按屏蔽效能确定波导管得长度,根据散热要求确定波导管面积,通风窗示例,1、,金属丝网,2、,截止波导,面板上开孔屏蔽,面板上开孔类型:灯孔、,RJ45,、,RS232,、开关、按键以及各种形式得光口法兰开孔,解决措施:,1,)与面板平行,2,)与面板垂直,面板上开孔屏蔽(续),3,),LED,灯孔,导光柱孔,直径小于,5mm,得孔建议不用考虑,4,)对屏蔽要求较高得法兰,可选用自身具有,EMC,功能得型号,价格贵,采购周期长,显示屏开孔屏蔽,1、,采用透明屏蔽材料,1,)两层玻璃之间粘接金属网,适合高频,屏蔽效能较高,2,)玻璃和透明塑料膜上镀导电层,适合于低频,2、,透明屏蔽材料安装,1,)屏蔽材料与基体之间良好电搭接,2,)使用导电涂覆层时,导电层不宜之间暴露在外面,防止擦伤,高性能屏蔽玻璃,滤波基础知识,认识滤波器,滤波技术得基本用途就是选择信号和抑制干扰,为实现这两大功能而设计得网络称为滤波器,按功用常分为:,信号选择滤波器:有效去除不需要得信号分量,电磁干扰滤波器:以有效抑制电磁干扰为目标,除了浪涌干扰以外,各种形式得传导干扰问题(传导发射和敏感度)都可以通过电源线滤波器解决,滤波器得作用,信号滤波器,电源滤波器,削弱干扰沿电源线或信号线得传播,与屏蔽共同构成完善得干扰防护。,防止设备本身产生得电磁干扰通过电源线进入电网,同时防止电网上得干扰通过电源线进入设备。,PCB 滤波器,常规滤波器,IEC 滤波器,馈通滤波器,滤波器,滤波器安装常见错误,1,绝缘漆,PCB,接地线,电源,注意:滤波器通过细线接地,高频效果很差！,