电磁兼容培训教材(一
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第一章电磁兼容基础知识及标准第一节电磁兼容基础知识电磁兼容概念:GB/T 4365-1995《电磁兼容术语》:设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力电磁兼容的中心课题是研究如何控制和消除电磁干扰,使电子设备或系统与其他设备联系在一起工作时,不导致设备或系统不导致设备或系统任何部分的工作性能恶化或降低。
电磁干扰现象一个典型的电磁干扰现象是电视机屏幕上的干扰条纹。
这些条纹来自附近的数字设备,例如个人计算机、VCD、DVD或其它数字视频设备。
根据电磁理论,导体中变化的电流会产生电磁场辐射,电流变化率(频率)越高,则辐射效率越高。
因此任何依靠高频电流工作的电子设备在工作时都会产生电场波辐射。
这些电场波会对附近的敏感设备产生干扰。
数字视频设备与电视接收机之间的干扰问题之所以十分突出,就是因为电视机是灵敏度很高的电场波接收设备,而数字脉冲信号中含有丰富的高次谐波,这些高次谐波的辐射效率很高。
电磁兼容三要素:任何电磁兼容性问题都包含三个要素,即干扰源、敏感源和耦合路径,这三个要素中缺少一个,电磁兼容问题就不会存在。
因此,在解决电磁兼容问题时,也要从这三个要素入手进行分析,查清这三个要素是什么,然后根据具体情况,采取适当的措施消除其中的一个。
产生电磁干扰的条件:1、突然变化的电压或电流(即dv/dt或di/dt很大)2、辐射天线或传导导体当电压或电流发生迅速变化时,就会产生电磁辐射现象,导致电磁干扰。
因此,最近电磁干扰问题日益突出的主要原因之一就是脉冲电路(数字电路、开关电源)的大量应用。
凡是存在这种电压或电流突然变化的地方,都要考虑电磁干扰问题。
常见干扰源:环境中的电磁干扰分为自然的和人为的两种。
自然干扰源:雷电是一种主要的自然干扰源,雷电产生的干扰可以传到数千公里以外的地方。
雷电干扰的时域波形是叠加在一串小随机脉冲背景上的一个大尖峰脉冲。
宇宙噪声是电离辐射产生的,在一天中不断变化。
电磁兼容(EMC,Electromagnetic Compatibility),简单地说就是指设备在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。
它包括三方面的含义:1)电磁环境应是给定的或者是可以预期的;
2)设备、分系统或系统不应产生超过标准或者规范所规定的电磁骚扰发射的限值要求;
3)设备和分系统或系统应满足标准或者规范所规定的电磁敏感性限值或抗扰度限值的要求。
也就是说在既定的环境中,电子设备不仅对外的电磁辐射要合乎规定,同时也能在符合规定的电磁辐射环境中正常工作和运行。
如何才能实现电磁兼容呢?这要从分析形成电磁干扰后果的基本要素出发。
由电磁骚扰源发射的电磁能量,经过耦合途径传输到敏感设备的过程称之为电磁干扰效应。
因此,形成电磁干扰后果必须具备电磁骚扰源、耦合途径和敏感设备三个基本要素。
电磁骚扰源:任何形式的自然现象或电能装置所发射的电磁能量,能使周边环境的人或其它生物受到伤害,或使其他设备、分系统或系统发生电磁危害,导致性能降级或失效的自然现象或电能装置。
耦合途径:传输电磁骚扰的通路或媒介。
敏感设备:在受到电磁骚扰源所发射的电磁能量的作用时,会受到伤害的人或其它生物,以及会发生电磁危害,导致性能降级或失效的器件、设备、分系统或系统。
很多时候器件、设备、分系统或系统既是电磁骚扰源又是敏感设备。
实现电磁兼容,就必须从这三个方面入手,运用技术措施(抑制骚扰源、消除或减弱骚扰的耦合、降低敏感设备对骚扰的响应或增加电磁敏感性电平)和组织措施(制订完整的技术标准、规范,进行电磁兼容管理)来加以解决。
电磁兼容主要研究以下五个方面:
1、电磁干扰(Electromagnetic Interference,简称EMI):由电磁骚扰引起的
设备、传输通道或系统性能的下降。
EMI主要包括设备向空间发射的干
扰(辐射干扰RE)和从电源线、互连线向电网或其他设备泻放的干扰(传
导干扰CE)。
任何设备的EMI均应限制在某一个规定的极限值之内,以
保障在共同的电磁环境中与其他设备保持共存状态。
对于信息技术设备
(ITE)而言,RE和CE必须满足GB9254-1998中规定的相应极限值。
注:电磁骚扰(Electromagnetic Disturbance)是指任何可能引起装置、设备和系统性能降低,
或者对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。
2、电磁敏感性(Electromagnetic Susceptibility,简称EMS):在存在电磁骚
扰的情况下,装置、设备或系统不能避免性能降低的能力。
简单的说,
电子设备暴露在电磁辐射下所呈现的不希望有的响应程度称为EMS,也即EMS反映了设备对从空间来的辐射干扰和从电源线、互连线来的传导干扰的抵御能力。
在国标中应满足《信息技术设备抗扰度限值和测量方
法》(GB/T17618-1998)。
3、静电放电(Electromagnetic Discharge,简称ESD):具有不同静电电位的
物体相互靠近或直接接触引起的电荷转移。
ESD的特点是:高电位、强
电场、瞬间大电流的过程;会产生强烈的电磁辐射、形成电磁脉冲。
4、电磁脉冲(Electromagnetic Pulse,简称EMP):指围绕整个设备(犹如一
个天线)的具有宽带大功率效应的脉冲。
电磁脉冲是在高空核爆试验中
被发现的,它能在极短的时间内以电磁波的形式,将强大能量由爆点传
至远处。
在传播的过程中电磁脉冲会对电子设备产生热毁效应,使之无
法工作,而对人体几乎没有直接伤害。
5、TEMPEST:防止电磁信息泄露技术。
TEMPEST是用于检测、评价和控
制来自计算机系统、通信和数据处理设备的非功能传导发射和辐射发射
信号(有用信号)的一个公开术语,国内对TEMPEST尚无统一译法。
TEMPEST具体内容是针对信息设备的电磁辐射与信息泄漏问题,从信息接收和防护两个方面所展开的一系列研究和研制工作,包括信息接收、
破译水平、防泄漏能力与技术、相关规范标准及管理手段等。
大量的实践经验告诉我们,产品要想获得良好的电磁兼容性能,就必须尽可能尽早地在产品设计的初始阶段考虑电磁兼容性问题,进行电磁兼容设计,把大部分问题解决在产品定型之前,从而达到较高的效费比。
如果等到生产阶段再去解决,不仅技术难度大,而且会造成时间、人力、财力的极大浪费(效费比示意图如下)。
因此,我们必须尽可能的将所有问题在试跑结束前解决。