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知识分享—防止EMC(电磁兼容)的方法与其工作原理

2024-03-29 来源: YIQIFUWU宜器服务网 阅读量 :

EMC(电磁兼容)对于电路设计与PCB设计一直存在困扰。EMS代表的是设备在电磁环境中能够正常工作的同时不对其它的设备造成干扰。
EMS可划分为两部分,一个是EMI(电磁干扰),另一个是EMS(电磁敏感度)。EMI是设备本身对于其他设备的攻击性,但EMS却是设备本身对于其它设备抗干扰的能力。


01

EMC测试结果的判定

A级:实验中技术性能指标正常;

B级:试验中性能暂时降低,但功能不丧失,在结束后可以自行恢复;
C级:功能允许丧失,但可以自恢复,或是在操作者干预后可以恢复;

R级:除保护元件之外,不允许出现因设备(元件)或是软件损坏数据丢失而引起的不能恢复的功能丧失或是性能降低。


02

EMC整改

为了预防EMC,在此可以从两方面下手,一方面是从电路设计着手,另外便是从PCB设计。

电路设计防止EMC,首先需要先了解浪涌。浪涌代表的是瞬间出现超过稳定值的峰值,其包括浪涌电压与浪涌电流。从本质上讲,浪涌是发生在仅几百万分之一秒时间的一种剧烈脉冲。
电路中瞬态干扰的问题便是指电路中出现的浪涌电压或是浪涌电流等等瞬间干扰信号,其特点是作用时间极短,可是电压幅度高,能量大。因此十分容易造成击穿电路,造成破环,所以一定要采用抑制措施。
一半采用TVS管等电磁兼容元件。电磁兼容性元件是解决干扰电磁干扰发射与电磁敏感度问题的关键。

常见的电磁兼容元件有以下几种:


01

磁珠元件的优势在于廉价,易用,可滤除高频噪声。其等效于一个电阻与电感并联,电阻值与电感值会随信号的频率发生变化。磁珠在低频会显示出低阻抗,高频则会显示出高阻抗。


磁珠.png

选择磁珠时需注意以下几个参数:直流电阻,额定电流,电阻频率特性,感抗频率特性。

02

共模电感也可以叫做共模扼流圈,通常应用在电脑的开关电源中过滤共模的电磁干扰信号。在板卡设计中,共模电感也是起EMI滤波的作用,其作用是抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。


共模电感.png

共模电感主要参数有,阻抗值(共模与差模时阻值),直流电阻,直流电流。

共模电感可应用在各种高速接口(USB,DDR,485,CAN)。电源接口共模电感主要用于AC电源,DC电源接口。

03

TVS是一种二极管形式的高效能保护器件,在TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击的情况下,其可以10的负12次方秒量级的速度,将其两极间的高阻抗变为低阻抗,吸收高达数千瓦的浪涌功率,使两极间的电压箝位于一个预定值,能够有效地保护电子线路中的精密元器件,免受各种浪涌脉冲的损坏。


TVS.jpg


其具备响应速度快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优势。


选型TVS要注意以下参数

1、反向截止电压 VRWM 与反向漏电流 IR:反向截止电压 VRWM 代表的是TVS管不导通的最高电压,在这个电压下只有很小的反向漏电流 IR。


2、击穿电压 VBR:TVS 管通过规定的测试电流时的电压,这是代表的是TVS管导通的标志电压,还有其他便不在此细说了。


03

PCB防止EMC主要有以下的几种方式

1、布局

电源模块,高频信号,电感线圈都是容易产生EMC的模块,需要注意不要互相影响。电源一般要在板边,高频信号应要远离容易被影响的元件,在此使用GND隔离好,电感线不能够与其他敏感线交叉,最好是下面只有GND线。

2、分层
在多层高速板中,通常有信号层、电源层、GND层。电源层与GND层在布线的情况下要求减少切割,尽量保持铜皮的完整性。元器件下面要有一个GND层,还有高速信号,高频信号,时钟信号等等关键信号要有地平面作为参考。

3、布线
3W原则、差分对线等长,靠近走、高速或是敏感线不能跨分割区。

4、接地
同类电路需要单独分布地,在单板上单点相连。

5、布线
信号线走线短,不同类信号线走线宽度有区别,过孔少,无环路,回路面积小,无线头。有延时要求的走线,其长度符合要求。
无直角,对关键信号线优先采用圆弧倒角,相邻层信号走线互相垂直或相邻层的关键信号平行布线≤1000MIL。

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