研究生电磁兼容总线教学PPT.ppt
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1、电气系统电磁兼容技术与应用,教师:翟 丽 电话:13522885040 68915202 Email: 北京理工大学机械与车辆工程学院 20092010年第1学期,研究生课程,授课内容,1、电磁兼容导论(3) 2、电磁骚扰源(3) 3、电磁骚扰传输机理(3) 3、有源器件的选型(3) 4、印刷电路板的电磁兼容性设计(6) 5、接地技术(6) 6、屏蔽技术(6) 7、滤波技术(6) 8、瞬态骚扰抑制技术(3) 9、电磁兼容测试设备及场地(3) 10、电磁兼容测试技术技术(3),第一章 电磁兼容导论,1.1 电磁兼容概念与术语 1.2 电磁干扰的危害 1.3 电磁兼容的历史与发展 1.4 电磁兼容
2、设计的目的与方法 1.5 国际EMC组织,第一章 电磁兼容导论,电磁兼容是一门新兴的综合性学科 不仅仅限于电气电子设备,拓宽到自然干扰源、核电磁脉冲、静电放电;频谱管理工程;电磁辐射对人体的生态效应;信息处理设备电磁泄露产生的失密;检测地震前的电磁辐射,进行震前预防等。 内容十分广泛,实用性很强,几乎所有的现代工业包括航天、军工、电力、通信、交通、计算机、医疗卫生都必须解决电磁兼容问题。 电磁兼容问题是系统可靠运行的关键性问题!,引言,继水质污染、大气污染、噪声污染之后,电磁污染已被世界公认为第四大污染 电磁环境一旦受到严重污染则会带来一系列经济和社会问题,治理恢复则非常困难 1975年专家曾
3、预言,随着城市人口的迅速增长,汽车、电子、通信、计算机与电气设备大量进入家庭,空间人为电磁能量每年增长714 25年后环境电磁能量密度最高可增加26倍,50年可增加700倍,21世纪电磁环境恶化已成定局。,引言,频率范围:0400GHz 研究对象:除传统设施外,涉及芯片级,直到各型舰船、航天飞机、车辆、洲际导弹,甚至整个地球的电磁环境 各国都注重EMC教育和培训及学术交流,以1994年为例,就举办了25次国际性的一流学术交流会和培训班 研究的热点已涉及社会许多方面,如计算机安全、电信设备电磁兼容、航空航天、武器系统电磁兼容导论、电磁场生物效应、地震电磁现象,引言,随着现代科技的发展,电气及电子
4、设备的数量及种类不断增加,使电磁环境日益复杂。 恶劣的电磁环境还会对人类及生态产生不良的影响,使各种设备不能正常运转。 电磁兼容学正是为解决这类问题而迅速发展起来的一门新兴学科。 我国对电磁环境学重要性的认识还很不够,目前仅有少数单位从事相关研究,1.1 电磁兼容概念与术语,电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility) 对于设备或系统的性能指标, 直译为“电磁兼容性”; 但作为一门学科来说, 应为“电磁兼容”。 国家标准GB/T4365-1995电磁兼容术语对电磁兼容所下的定义为“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。
5、” 该标准等同采用IEC60050(电磁兼容术语)。 电磁兼容是研究在有限的空间、有限的时间、有限的频谱资源条件下,各种用电设备(分系统、系统;广义的还包括生物体)可以共存并不致引起降级的一门科学。,电磁兼容性,它有以下三方面的含义 1、电磁环境应是给定的或可预期的; 2、设备、分系统或系统不应产生超过标准或规范规定的电 磁骚扰发射(EMI)限值的要求;电磁骚扰发射就是从骚扰源向外发出电磁骚扰能量的现象,它是引起电磁骚扰的原因。 3、设备、分系统或系统应满足标准或规范所规定的电磁敏感性(EMS)限值或抗扰度(immunity); 电磁敏感性,即在存在电磁骚扰的情况下,设备、分系 统或系统不能避
6、免性能降低的能力; 抗扰度即设备、分系统或系统面临电磁骚扰不降低运行性能的能力。,基本要素:空间、时间、频谱 例:航空母舰 空间位置有限:如美国尼米兹(NIMITZ)航空母舰长 332.9m,宽48m,甲板上下需装设各种收、发信机数十 部、各种天线数十付,还有其他各种用电设备 时间:全天24小时,所有的设备与分系统都需要在这些 时间内工作,作战时,几乎所有的设备都进入工作状态 频谱:现在由国际电联(ITU)已经规划的可以利用的无线 电频谱在10kHz400GHz之间,频率再低则进入音频, 而再高则进入光波,任何一种无线电业务都脱离不开这 一频谱范围。,电磁兼容性,Electromagnetic
7、 environment 存在于给定场所的所有电磁现象的总和。 给定场所:即空间; 所有电磁现象:包括了全部时间和全部频谱。 IEEE定义:一个设备、分系统或系统在完成其规定 任务时可能遇到的辐射或传导电磁发射电平在各个 不同频段内的功率与时间分布。即存在于一个给定 位置的电磁现象的总和。电磁环境有时可用场强表示。,电磁环境,电磁发射,electromagnetic emission 从源向外发出电磁能的现象 包含传导发射、辐射发射,是无意的,而通信中的发射主要指辐射发射,噪声,Noise 影响信号并可能使信号携带的信息产生畸变的一 种干扰; 电路中除希望信号以外的任何电信号,均定义为 噪声;
8、 由电路非线性导致的失真电信号,虽然也不是 人们希望的信号,但是它不称为噪声,属于电路设 计问题。,干扰,Interference 由于一种或多种发射、辐射、感应或其组合所产生的无 用能量对电子设备的接收产生的影响,其表现为性能下降, 误动或信息丢失,严重时出现设备损坏,如不存在这种无用 能量则此后果可以避免。 由噪声导致的不希望的结果称之为干扰。 噪声和干扰的区别:噪声是原因,干扰是后果;噪声是无 法消除的,它只能被削弱到一定程度,直到它不产生干扰。,敏感度,Susceptibility 一台设备或一个电路承受噪声能量的能力,(对骚扰的)抗扰度immunity,装置、设备或系统面临电磁骚扰不
9、降低运行性能的能力 在GB/T4365-1995中将immunity译为“抗扰性”,根据多数专家意见,认为译为“抗扰度”更合适 (电磁)敏感性(electromagnetic) : 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 敏感性高,抗扰度低 二者从不同的角度反应装置、设备或系统的抗干扰的能力 军用标体系常用敏感性这一术语;而民用标准体系惯用抗 扰度一词,骚扰限值(允许值) limit of disturbance,对应于规定测量方法的最大电磁骚扰允许电平 限值是人为制定的一个电平,在规定限值时一定需要规定测量方法。 “允许值”一词是我国过去对limit一词的译法。按国
10、家电磁兼容导论 标准,应首选“限值”这一译名,干扰限值(允许值)limit of interference,电磁骚扰使装置、设备或系统最大允许的性能降低 干扰限值是性能降低的指标,而不是电磁现象的指标 (电磁)兼容电平(EM) compatibility level:预期加在工作于指定条件的装置、设备或系统上规定的最大电磁骚扰电平 电磁兼容电平并非绝对最大值,而可能以小概率超出,(骚扰源的)发射电平,emission level 用规定的方法测得的由某一装置、设备或系统发射的某给定电磁骚扰电平 “某给定电磁骚扰”指的是某种电磁场的量,例如,功率、电压、场强、频率,发射/抗扰度限值、兼容电平,损
11、坏阈值 电压损坏阈值、电场损坏阈值、磁场损坏阈值及能量损坏阈值。 当干扰电压超过电压阈值时将引起电子设备的绝缘破坏 干扰的能量超过能量损坏阈值时,电子设备将由于发热而烧坏。 计算机对雷电极为敏感,几公里外的高空雷闪或雷对地闪络,都有可能导致计算机控制设备误动作或损坏。 0.03高斯的磁场强度可造成计算机误动作,2.4 高斯即可使元件击穿。 计算机工作条件:5V/m不安全。 存储器在15V/m下无法工作。 集成电路在雷电感应2.4高斯的磁场下将被损坏。,1.2 电磁干扰的危害,对电力系统的危害,在设计条件相同的情况下, 弱电系统的暂态干扰电压与系统运行电压成三次方关系,对电子系统的危害,美国每年
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