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電磁兼容測試有哪些內容故障如何排除詳細方法說明

-2019-09-23-

EMC是開關電源模塊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MTD2002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測試技术是十分必要的。

電磁兼容包括MTD2002電磁幹擾(EMI)和電磁敏感性(EMS)兩部分。由于電器av电影在线在使用時對其它電器有電磁幹擾,或受到其它電器的電磁幹擾,它不僅關系到av电影在线工作的可靠性和安全性,還可能影響其它開關電源模塊電器的正常工作,甚至導致安全危險。

1、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,电磁兼容性測量对測試环境有较高的要求,測量场地有室外开阔场地、屏蔽室或电波暗室等。

(2)測試设备

电磁兼容測量设备分为两类:一类是電磁幹擾測量设备,设备接上适当的傳感器,就可以进行電磁幹擾的測量;另一類是在開關電源模塊电磁敏感度測量,MTD2002設備模擬不同幹擾源,通過適當的耦合/去耦网络、傳感器或天线,施加于各类被测设备,用作敏感度或干扰度測量。

(3)測量方法

电磁兼容性測試依据标准的不同,有许多种測量方法,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

1给出了一个设备或系统的電磁幹擾发射与故障分析步骤。按照这个步骤进行,可以提高測試诊断的效率。

(5)測試准备

①试验场地条件: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环境电平要求:传导和辐射的电磁环境电平远低于标准规定的极限值,一般使開關電源模塊环境电平至少低于极限值6dB。

③試驗桌。

④測量设备和被测设备的隔离。

⑤敏感性判别准则:一般由被测方提供,并实话监视和判别,以測量和观察的方式确定性能降低的程度。

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)常用測量仪

電磁幹擾(EMI)和电磁敏感度(EMS)測試,需要用到许多电子仪器,如频谱分析仪、电磁场干扰測量仪、信号源、功能放大器示波器等。由于EMC測試频率很宽(20Hz~40GHz)、幅度很大(μV级至kW级)、模式很多(FM、AM等)、姿态很多(平放、斜放等),因此正确地使用电子仪器非常重要。測量電磁幹擾的合适仪器是频谱分析仪。频谱分析仪是一种將电压幅度随频率变化的规律显示出来的仪器,它显示的波形称为频谱。频谱分析仪克服了示波器在測量電磁幹擾中的缺点,能够精确測量各个MTD2002频率上的干扰强度,用频谱分析仪可以直接显示出信号的各个频谱分量。

在解决電磁幹擾问题时,重要的一个问题是判断干扰的来源。只有准确將干扰源定位后,才能够提出解决干扰的措施。根据信号的频率来确定干扰源泉是简单的方法,因为在信号的所有特征中,频率特征是稳定的,并且電路设计人员往往对電路中各个部位的信号频率都十分清楚。因此,只要知道了干扰信号的频率,就能够推测出干扰是哪个部位产生的。对于電磁幹擾信号,由于其幅度往往远小于正常工作信号,用频谱分析仪做这种測量是十分简单的。由于频谱分析仪的開關電源模塊中频带宽较窄,因此能够將与干扰信号频率不同的信号滤除掉,精确地測量出干扰信号频率,从而判断产生干扰信号的電路。

2、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EMI電流短路到地或引到其它回路導體。

③通过電流隔离装置切断EMI電流。

④通过其自身作用来抑制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MTD2002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单元为m,f单位为MHz。这个公式考虑了平均传播速度,它是開關電源模塊自由空间理论的0.75倍。

a. 电介质材料及容差

電磁幹擾滤波使用的大部分電容是无极性電容。

b. 差模(线到线)滤波電容性電容。

c. 共模(线到地/机壳)滤波電容

共模(CM)去耦通常使用小電容(10~100nF)。小電容可以將不期望的高频電流在其进入敏感電路之前或在其离MTD2002噪声電路较远时就將其短路到机壳上去。为了得到良好的高频衰减電路,减小或消除寄生電感是关键之所在。因此有必要使用超短导线,尤其希望使用无引线元器件。

(3)感性、串聯損耗電磁兼容解決方案

就電容而言,Zs和Z1如果不是純電阻的話,在計算頻率時,要使用它們的實際值。電容器串联在电源或信号電路时,必须满足:

①流过的工作電流不应该引起電感過熱或過大的有過之而無不及降;

②流过的電流不能引起電感磁饱和,尤其是对高导磁材料是毫无疑问的。

解決方案有以下幾種:

磁芯材料;

铁氧体簣D釉靥跆宓電纜;

電感、差模和共模;

接地扼流圈;

组合式電感電容元件。

(4)輻射型問題的解決

在很多情况下,辐射電磁幹擾问题可能在传导阶段产生并被排除,还有些解决方案是可以抑制干扰装置在開關電源模塊辐射传输通道上,就像场屏蔽那样工作。根据屏蔽理论,这种屏蔽的效果主要取决于電磁幹擾源的频率、与屏蔽装置之间的距离以及電磁幹擾场的特性——電場、磁場或者平面波。

①导体带。使用铜或铝带要吧简单快速地建立一种直接的屏蔽和低阻连连接或总线。它们对于临时的解决方案和相对永久的解决方案来说是很方便的。厚度在0.035~0.1mm之间,并且背面带有导电黏合剂以便安装。如果使用铜导电带,其通过電阻约20mΩ/cm2。應用場合:电气屏蔽罩;发生故障时泄露点定位;作为一个应急的解决方案,將MTD2002塑料連接器变成金属的、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:

SE≈104(-20-lgl)-20lgf

式中,SE單位爲dB;l爲網格或網孔的尺寸,單位爲mm;f單位爲MHz。當然,隨著頻率的下降,網孔的MTD2002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:

SEH≈10lg(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100kHz到GHz級頻率範圍需要達到30~30dB衰減的立體屏蔽場合中。

3、電磁兼容性新器件新材料的應用

3.1 电源线濾波器

电源线濾波器安装在电源线与电子设备之间,用于開關電源模塊拟制电能传输中寄生的電磁幹擾,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 信号阻隔變壓器

脈沖型(數字或晶閘管門驅動)或模拟隔离式變壓器与交流电源中使用的隔离變壓器与交流电源中使用的MTD2002隔离變壓器的原理相同,但传输频带却完全不同,有用信号处理对變壓器的一些性能要求(例如失真、3dB带宽、损耗、对称性、阻抗、脉冲延时等)非常严格。这种變壓器属于宽带设备,高频率与低频率的比值fMAX/fMIN达到数十倍。通过在发送端或接收端切断共模地环路,隔离變壓器在不改变差模信号的同时拟制共模噪声。由于共模电压是加在變壓器一次侧、二次侧的两边,这种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。

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

應用場合:

當需要環路隔離時,其頻率範圍從直流到幾十MHz;

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

在晶閘管应用電路中,將觸發器驱动電路与共模电压隔离;

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 电源隔离變壓器、电源稳压器和不间断电源

(1)电源隔离變壓器

普通的隔离變壓器可以在低频范围切断開關電源模塊主电源线的接地环路。当频率升高时,MTD2002电气隔离由于一次侧间寄存電容C1-2的存在而下降。为了减少寄生電容的影响,可以使用落系、螺旋状、分立式的一次和二次绕组,这样可以將寄生電容减小为原为的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1:1的隔离變壓器,隔离50/60Hz的地环路;

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電流时,防止过渡频繁触发系统中的接地故障检测器;

可以与电源线濾波器结合使用,电源线濾波器的衰减特性仅开始于几十或几百kHz以上。

3.4 暂态抑制器

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、接地连续性簣D跎RF阻抗器件

①接地编织层或開關電源模塊金属带宽而扁的导线比同样横截而积的圆导线具有较小的電感。作为优先的选择参考,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。为了建立一个更直接的低阻扰電磁幹擾電流接收器,需要使用接地墊片。通常在树脂型墊片中间有一个弹簧夹,用以在一边的OV铜板上簣D右槐逷CB的安装底盘上提供较强的可靠压力。由于弹簧是铜锡材料制成的,电气接触性能良好,接触電阻为mΩ数量级。

③金属电费线槽及其肥共的金属编织层。金属電纜托架、公共导线和金属编织层的作用是传输几个相互连接的MTD2002设备之间的部分接地EMI环流。可以把它看作是不同底盘或地线之间的共模短路通道,但实际上除了直流或交流50/60Hz,这种方法不能应用于较长的距离;可用于計算機室、工厂车间或其它有许多非屏蔽电费的大型场地,不可能或很难將它们换成屏蔽电费或装入管道。

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。

另一种開關電源模塊技术:在室内,建议安装抬高的金属底板(RMF),利用地砖的筋条作为接地参考栅格;把把塑料减震墊片换成导电减震墊片,就可以建立很好的、持久的电气连接。

⑤临时接地板,这种后各解决方案是IBM公司的安装规划工程师们使用的,即安装一块铜板或电镀钢板。对于那些没有“实际地”的场合,由于临时接地板与建筑特结构之间有较大的電容(300~1000pF),这给電磁幹擾濾波器、瞬态保护器和隔离變壓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MTD2002接地导线更有效。