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電磁兼容測試故障怎麽辦?

-2019-09-02-

   电磁兼容性(EMC)是指設備或系統在其電磁環境中符合要求運行並不對其環境中的任何設備産生無法忍受的電磁幹擾的能力。因此,EMC包括兩個方面的要求:一方面是指設備在正常運行過程中對所在環境産生的電磁幹擾不能超過一定的限值;另一方面是指器具對所在環境中存在的電磁幹擾具有一定程度的抗擾度,即電磁敏感性。

  其實大多工程師所了解的電磁兼容性一般來說就是:設備或系統在其電磁環境中能正常工作,且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。EMC測試 包括两大方面内容:对其向外界发送的电磁骚扰强度进行測試,以便确认是否符合有关标准规定的限制值要求;对其在规定电磁骚扰强度的电磁环境条件下进行敏感 度測試,以便确认是否符合有关标准规定的抗扰度要求。对于从事單片機應用系統設計的工程技術人員來說,掌握一定的EMC測試技術是十分必要的。

本文主要介紹了三種應對電磁兼容測試故障的方法,具體的跟隨系小編一起來了解一下。


一、單片機系统EMC測試

  (1)測試环境

  为了保证測試结果的准确和可靠性,电磁兼容性测量对測試环境有较高的要求,测量场地有室外开阔场地、屏蔽室或电波暗室等。

  (2)測試设备

  電磁兼容測量設備分爲兩類:一類是電磁幹擾測量設備,設備接上適當的傳感器,就可以進行電磁幹擾的測量;另一類是在電磁敏感度測量,設備模擬不同幹擾源,通過適當的耦合/去耦網絡、傳感器或天線,施加于各類被測設備,用作敏感度或幹擾度測量。

  (3)測量方法

  电磁兼容性測試依据标准的不同,有许多种测量方法,但归纳起来可分为4类;传导发射測試、辐射发射測試、传导敏感度(抗扰度)測試和辐射敏感度(抗扰度)測試。

  (4)測試诊断步骤

  (5)測試准备

  ①試驗場地條件:EMC測試实验室为电波半暗室和屏蔽室。前者用于辐射发射和辐射敏感測試,后者用于传导发射和传导敏感度測試。

  ②環境電平要求:傳導和輻射的電磁環境電平好遠低于標准規定的極限值,一般使環境電平至少低于極限值6dB

  ③試驗桌。

  ④測量設備和被測設備的隔離。

  ⑤敏感性判別准則:一般由被測方提供,並實話監視和判別,以測量和觀察的方式確定性能降低的程度。

  ⑥被測設備的放置:爲保證實驗的重複性,對被測設備的放置方式通常有具體的規定。

  (6)測試种类

  传导发射測試、辐射发送測試、传导抗扰度測試、辐射抗扰度測試。

  (7)常用測量儀

  電磁幹擾(EMI)和電磁敏感度(EMS)測試,需要用到许多电子仪器,如频谱分析仪、电磁场干扰测量仪、信号源、功能放大器示波器等。由于EMC測試频率很宽(20Hz40GHz)、幅度很大(μV級至kW級)、模式很多(FMAM等)、姿態很多(平放、斜放等),因此正確地使用電子儀器非常重要。測量電磁幹擾的合適儀器是頻譜分析儀。頻譜分析儀是一種將電壓幅度隨頻率變化的規律顯示出來的儀器,它顯示的波形稱爲頻譜。頻譜分析儀克服了示波器在測量電磁幹擾中的缺點,能夠精確測量各個頻率上的幹擾強度,用頻譜分析儀可以直接顯示出信號的各個頻譜分量。

  在解決電磁幹擾問題時,重要的一個問題是判斷幹擾的來源。只有准確將幹擾源定位後,才能夠提出解決幹擾的措施。根據信號的頻率來確定幹擾源泉是簡單的方法,因爲在信號的所有特征中,頻率特征是穩定的,並且電路設計人員往往對電路中各個部位的信號頻率都十分清楚。因此,只要知道了幹擾信號的頻率,就能夠推測出幹擾是哪個部位産生的。對于電磁幹擾信號,由于其幅度往往遠小于正常工作信號,用頻譜分析儀做這種測量是十分簡單的。由于頻譜分析儀的中頻帶寬較窄,因此能夠將與幹擾信號頻率不同的信號濾除掉,精確地測量出幹擾信號頻率,從而判斷産生幹擾信號的電路。

二、電磁兼容故障排除技術

  (1)傳導型問題的解決

  ①通過串聯一個高阻抗來減少EMI電流。

  ②通過並聯一個低阻抗將EMI電流短路到地或引到其它回路導體。

  ③通過電流隔離裝置切斷EMI電流。

  ④通過其自身作用來抑制EMI電流。

  (2)電磁兼容的容性解決方案

  一種常見的現象是不把濾波電容的一側看成直接與一個分離的阻抗相連,而看成與傳輸線相連。典型的情況是,當一條輸入輸出線的長度達到或超過1/4波長時,該傳輸線變“長”。實際可以用下式近似表示這種變化:l 55/f

  式中:l單元爲mf單位爲MHz。這個公式考慮了平均傳播速度,它是自由空間理論的0.75倍。

  a、電介質材料及容差:電磁幹擾濾波使用的大部分電容是無極性電容

  b、差模(線到線)濾波電容性電容

  c、共模(線到地/機殼)濾波電容

  共模(CM)去耦通常使用小電容(10100nF)。小電容可以將不期望的高頻電流在其進入敏感電路之前或在其離噪聲電路較遠時就將其短路到機殼上去。爲了得到良好的高頻衰減電路,減小或消除寄生電感是關鍵之所在。因此有必要使用超短導線,尤其希望使用無引線元器件。

  (3)感性、串聯損耗電磁兼容解決方案

  就電容而言,ZsZ1如果不是純電阻的話,在計算頻率時,要使用它們的實際值。電容器串聯在電源或信號電路時,必須滿足:

  ①流過的工作電流不應該引起電感過熱或過大的有過之而無不及降;

  ②流過的電流不能引起電感磁飽和,尤其是對高導磁材料是毫無疑問的。

  解決方案有以下幾種:

  磁芯材料;

  鐵氧體和加載鐵氧體的電纜;

  電感、差模和共模;

  接地扼流圈;

  組合式電感電容元件。

4)輻射型問題的解決

  在很多情況下,輻射電磁幹擾問題可能在傳導階段産生並被排除,還有些解決方案是可以抑制幹擾裝置在輻射傳輸通道上,就像場屏蔽那樣工作。根據屏蔽理論,這種屏蔽的效果主要取決于電磁幹擾源的頻率、與屏蔽裝置之間的距離以及電磁幹擾場的特性——電場、磁場或者平面波。

  ①導體帶。使用銅或鋁帶要吧簡單快速地建立一種直接的屏蔽和低阻連連接或總線。它們對于臨時的解決方案和相對永久的解決方案來說是很方便的。厚度在0.0350.1mm之間,並且背面帶有導電黏合劑以便安裝。如果使用銅導電帶,其通過電阻約 20mΩ/cm2。應用場合:電氣屏蔽罩;發生故障時泄露點定位;作爲一個應急的解決方案,將塑料連接器變成金屬的、屏蔽普通的扁平電纜等。

  ②網狀屏蔽帶和拉鏈式外套。塗錫的鋼網帶:主要用來安裝在一個已經裝配好的電費護套上作爲一種易安裝的繃帶型的屏蔽罩。爲了降低電費的磁場輻射或敏感問題,鋼網帶是一種有效的解決方案。

  拉鏈式屏蔽外套:當有明顯迹象表明電費是主要的引起EMI耦合的原因時使用。

  ③EMI密封墊。應用場合:當下述條件存在,並且需要真正的SE時,EMI密封墊是最常用的解決輻射問題、敏感問題、ESD、電磁脈沖和TEMPEST問題的方法。

  已經把機箱泄漏確認爲主要的輻射路徑。

  齧合面不夠光滑、平整或不夠硬、本身無法提供良好的連接接觸。

  ④窗口和通風板的EMI屏蔽:適合對孔徑的屏蔽。

  平面波的大概模型是:SE104-20-lgl-20lgf

  式中,SE單位爲dBl为网格或网孔的尺寸,單位爲mmf單位爲MHz。當然,隨著頻率的下降,網孔的屏蔽效率SE的上限受限于金屬本身。在近區場,對H場的屏蔽,其屏蔽功率SHE不受頻率的影響,可由下式近似得出:SEH10lg(πr/l

  其中,r爲源到屏蔽罩之間的距離,l爲網孔尺寸,兩者單位均爲mm.

  ⑤導電塗料:應用于在系統的塑料外殼建立EMI屏蔽罩、發送現有普通的或惡化的導電表面的屏蔽效能SE、防止ESD或靜電積累現象、增大結合面或密封墊片的接觸面積。

  ⑥導電箔:鋁是一種良導體,在10MHz以下沒有吸收損耗,但它對于電場的任何頻率都有較好的反射損耗。應用場合請參閱有關資料。

  ⑦導電布:可應用于任何100kHzGHz級頻率範圍需要達到3030dB衰減的立體屏蔽場合中。


三、 電磁兼容性新器件新材料的應用

  3.1電源線濾波器

  電源線濾波器安装在電源線与电子设备之间,用于拟制电能传输中寄生的电磁干扰,对提高设备的可靠性有重要作用。濾波器允许一些频率通过,而对其它频率的成份加以拟制。根据干扰源的特性、频率范围、电压和阻抗等参数及负载特性的要求,适当选择濾波器。

  3.2 信號阻隔變壓器

  脈沖型(數字或晶閘管門驅動)或模擬隔離式變壓器與交流電源中使用的隔離變壓器與交流電源中使用的隔離變壓器的原理相同,但傳輸頻帶卻完全不同,有用信號處理對變壓器的一些性能要求(例如失真、3dB帶寬、損耗、對稱性、阻抗、脈沖延時等)非常嚴格。這種變壓器屬于寬帶設備,最高頻率與最低頻率的比值fMAX/fMIN達到數十倍。通過在發送端或接收端切斷共模地環路,隔離變壓器在不改變差模信號的同時擬制共模噪聲。由于共模電壓是加在變壓器一次側、二次側的兩邊,這種隔離器必須具有較高的擊穿電壓:典型值爲1.5kV,某些場合則高達10kV

  信号变压器的主要优点是它的简单、耐用、持久和线性,而且价格适中。当频率增加時,其电磁兼容性能下降。

  應用場合:

  当需要环路隔离時,其频率范围从直流到几十MHz

  在低噪聲和低失真條件下傳輸模擬小信號(10mV)時,信号线上可能存在几V至幾kV的共模電壓;

  在晶閘管應用電路中,將觸發器驅動電路與共模電壓隔離;

  作爲一個現場解決方案,可用來切斷一個地環路和搭建一個平衡連接或非平衡連接傳輸線路。

  3.3 電源隔離變壓器、電源穩壓器和不間斷電源

  (1)電源隔離變壓器

  普通的隔离变压器可以在低频范围切断主電源線的接地环路。当频率升高時,电气隔离由于一次侧间寄存电容C1-2的存在而下降。爲了減少寄生電容的影響,可以使用落系、螺旋狀、分立式的一次和二次繞組,這樣可以將寄生電容減小爲原爲的1/3/10

  (2)法拉第屏蔽變壓器

  在一次和二次線圈之間包著一層鋁箔或銅箔,並使之不與線圈接觸以免形成短路。法拉第屏蔽或靜電屏蔽層接地。應用範圍如下:

  應用于入室電源或電源分配箱上,作爲簡單11的隔離變壓器,隔離50/60Hz的地環路;

  在同一系統中的某一部分重新産生對地保持中性的交流電源,與總電源分配點保持電氣隔離;

  应用于当系统中存在很大的对地漏电电流時,防止过渡频繁触发系统中的接地故障检测器;

  可以与電源線濾波器结合使用,電源線濾波器的衰减特性仅开始于几十或几百kHz以上。

  3.4暫態抑制器

  變阻器和固態變阻器(transzorbs)是具有非線性V-I特性曲線的元件,可以作爲穩壓元件。當電壓通過該器件後就被箝位在等于或大于擊穿電壓VBR的電壓值上。該器件的響應速度快,但在處理的能量值上有一定限制。

  3.5 搭接、接地連續性和減少RF阻抗器件

  ①接地編織層或金屬帶寬而扁的導線比同樣橫截而積的圓導線具有較小的電感。作爲優先的選擇參考,可以使用:扁平金屬帶;帶有扁平接地端子的扁平編織層;圓形、多股絞線的跳線。

  ②印制電路板(PCB)接地墊片。爲了建立一個更直接的低阻擾電磁幹擾電流接收器,需要使用接地墊片。通常在樹脂型墊片中間有一個彈簧夾,用以在一邊的OV銅板上和加一邊PCB的安裝底盤上提供較強的可靠壓力。由于彈簧是銅錫材料制成的,電氣接觸性能良好,接觸電阻爲mΩ數量級。

  ③金屬電費線槽及其肥共的金屬編織層。金屬電纜托架、公共導線和金屬編織層的作用是傳輸幾個相互連接的設備之間的部分接地EMI環流。可以把它看作是不同底盤或地線之間的共模短路通道,但實際上除了直流或交流50/60Hz,這種方法不能應用于較長的距離;可用于計算機室、工廠車間或其它有許多非屏蔽電費的大型場地,不可能或很難將它們換成屏蔽電費或裝入管道。

  ④地阻抗減小,墊高的金屬底板接地襯墊。爲了減少傳導瞬態幹擾的輸入和周圍環境射頻場對系統的影響,可以通過設置室內參考接地板或接地網絡加以改善。通過這種方法,可以很容易地在高達幾百MHz的頻率上達到20dB的改善,也可以減少在同一個房間裏的不同設備之間的地電位偏差。

  另一種技術:在室內,建議安裝擡高的金屬底板(RMF),利用地磚的筋條作爲接地參考柵格;把把塑料減震墊片換成導電減震墊片,就可以建立很好的、持久的電氣連接。

  ⑤臨時接地板。這種後各解決方案最初是IBM公司的安裝規劃工程師們使用的,即安裝一塊銅板或電鍍鋼板。對于那些沒有“實際地”的場合,由于臨時接地板與建築特結構之間有較大的電容(3001000pF),这给电磁干扰濾波器、瞬态保护器和隔离变压器的法拉第屏蔽层提供了有较的吸收装置。在高频端,这种虚地比长的、绿的或黄绿的接地导线更有效。


 結語

  在實際EMC測試应用中除了通过标准资格实验室的鉴定測試以外,还有两种可行的方法也是被业界所认可的:TCFSelf CeriTIficaTIon(自检证明)。抗干扰能力測試是十分实用的測試项目。实现电磁兼容的最好办法是,将所有的数字及模拟电路均视为对高频信号响应的电路,用高频设计方法来处理电费屏蔽、PCB布線和共模濾波。采用整塊地平面和電源面也很重要,對模擬電路也該如此,這樣做有利于限制高頻共模環環。大多數瞬態幹擾均屬高頻,並産生很強的輻射能量。