可靠性课程(3=4.5~).ppt

4.5电磁兼容性设计 一、电磁干扰模型 3. 公共阻抗耦合——两个电路具有公共阻抗，使一个电路的电流在另一个电路上产生干扰电压。 △要有动态的观点，时域和频域互相借鉴的观点，电磁场及分布参数的观点。I1和I2为脉冲，尖峰阶跃等情况时要考虑到。 几种情况： （1） un2=I1·RC+I2·RC 干扰 （2）(同学们自己分析－课堂作业) 理想的供电情况为V+=E，但实际上 尽管理想情况有RC1=RC2，上式仍为： V+=E―(I1+I2)Rs?公共阻抗影响 (3) PCB布线时易犯的一个错误： 下划线部分均是干扰或是引起附加误差的！ 补充4. 辐射耦合——详见P.7（后面） 二、屏蔽设计 △通过分析干扰三要素图可知，若将耦合途径斩断，则可以消除干扰，特别是干扰源客观存在，敏感电路也存在，而无法在这二者之上施加措施之时，则只有唯一的途径——斩断耦合。屏蔽认为是斩断途径的方法之一（或是把干扰源和敏感电路“包”起来）。 ＝＝＝＝＝＝后面再讲＝＝＝＝＝ 1）屏蔽体对电容性耦合的消除作用 （信号电缆） （a） (b) (c) ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ △拿一根屏蔽电缆 1.静电屏蔽——（电场屏蔽，电容性耦合的屏蔽）不仅仅只是静电场，还有交变电场！ （1）屏蔽机理 （a）一般情况 A——干扰源，可以是电路的一点，导线，设备 B——感受（敏感单元） 从此式得到减少uB的措施： （a） ——减少C1 ① 使A、B两者之间的距离尽量远 ② 在A、B之间加电屏蔽，实质就是减少二者之间 的分布电容。 ③ ——增大C2——使B尽可能贴近“地”走线。 （b）加入屏蔽 屏蔽不接地 忽略A、B间的剩余分布电容C1?，则uBS?为： 如果C3C4, C3 (C2串联C5) 则有 因为屏蔽体介于A、B之间，所以一般有C5C1，则uBS?uB，表明在屏蔽体不接地的情况下，屏蔽体的介入，不仅没起到屏蔽作用，反而增加了A、B的电容耦合，使干扰增大。 屏蔽接地——C4→∞ ∵C4= ，d→0 C4→∞，则uBS?→0 屏蔽体是良导体！ “屏蔽”可以对一根导线，一个单元，乃至整个系统。 2．电磁屏蔽——是防止交变电磁场感应和辐射干扰的方法。为了较有效地达到屏蔽目的，首先必须对交变电磁场的传播特性进行分析。 （P5反面） ① 首先考虑导线2的对地电阻为无限大的值，且导线2完全屏蔽，此时C12，C2G均为零，由图(b) 得，屏蔽层上的干扰电压为： 导体2再经C2s耦合，所以其上的干扰电压为UN=US如果屏蔽体接地，那么CSG→∞, us→0，uN→0。 ∴ 要求屏蔽体必须接地 ② 实际上导线2不可能完全屏蔽，具体情况不再分析。 △ 上4 干扰源产生的交变电磁干扰（波、场）总是同时包含电场分量和磁场分量，而且这两个分量的大小随传播距离以及干扰源的不同特性会有所差别。 ① 当干扰源为高电压小电流的电振荡发射时（如垂直导体，拉杆天线等），干扰源为高阻抗。在近场（r ）区，电磁特性以电场占主导，磁场分量可以忽略，如下图表明电场强度比磁场强度大得多，波阻抗ZC为： ② 当干扰源为低电压大电流的磁振荡发射时（如环形导体，环形天线等），场源为低阻抗，在近场区波阻抗与r成正比，随距离r增加而增大，为： ZC远小于波阻抗常数377?，表明磁场强度比电场强度大得多，因此，这种场源在近场内以磁场为主导，电场分量可以忽略，为下图： 不论干扰源的特性如何，在远场区波阻抗ZC主要取决于传播介质，当介质为自由空间时，波阻抗恒等于377?，表明电场分量和磁场分量两者都不可忽略，电场矢量和磁场矢量在时间上同相位而在方向上正交。下图为电磁场特性随距场源距离变化的曲线。 人们按照场源特性以及场区的不同，把近区电场和磁场称为感应场，远区电磁场又称辐射场，电磁场分成交变电场，交变磁场和交变电磁场3种，且这三种场的屏蔽原理和方法不同，须予以区别对待。 1）交变电场屏蔽?等同于1.电容性耦合的屏蔽 2）交变磁场 ① 低频磁场——利用高导磁率的材料（如铁、镍铁合金、坡莫合金等）构成磁力线的低磁阻通路，使大部分磁力线（磁场）被“包封”在导磁体（屏蔽体）内，既可以避免外来磁场的干扰，又可防止内部电路产生的磁场外泄，成为干扰源。 要求： 1）高导磁率； 2）屏蔽体的完整性 3）屏蔽体（罩）越厚，磁阻Rm越小，磁屏蔽效果越好；有时还需要多层屏蔽，故效果良好的低频磁场的屏蔽体往往是既昂贵又笨重。 4）用于低频磁场屏蔽的铁磁屏蔽不能用于高频磁场屏蔽。因为高频时，铁磁材料中的磁性损耗（包括磁滞损耗和涡流