簡介:EMC簡介
電磁兼容是一門新興的綜合性學科。
電磁兼容本課題主要研究如何使各種電氣電子設備和元件在相同的電磁環境下工作能夠正常工作，互不干擾，達到兼容狀態。
有電子產品開發經驗的朋友，有過深刻而痛苦的經歷，辛辛苦苦設計的所有產品都運轉良好，等到打樣機，或電磁輻射，一方突然有人做手機，設備莫名其妙“掛”，出現各種異常，停機，嚴重的直接吸煙等。
在全球市場化和國際貿易更加頻繁的今天，如果電子產品的EMC指標不符合相關的國際和使用國家標準，就被列為不合格產品，無法銷售，更不用說電子產品的價值了。
2.
電磁兼容的概念
電磁兼容性(EMC):指設備或系統在電磁環境中運行，而不會對環境中的任何設備造成不可容忍的電磁干擾的能力。
因此，EMC有兩個要求:
一方面是指設備在正常運行過程中對環境產生的電磁干擾不能超過一定的限度。
另一方面，意味著器具對環境中的電磁干擾具有一定的抗干擾能力，即電磁敏感性。
所以有兩個概念:
2.1電磁干擾(EMI)
電磁干擾是指電磁干擾導致電子設備相互影響，造成不良后果的一種電磁現象。
2.2電磁磁化率(EMS)
EMS是指設備暴露在電磁環境中的不期望響應程度，即設備對周圍電磁環境靈敏度的度量。
電磁敏感性是指電磁環境對設備性能的影響。
3.
EMC結構設計目的
電磁兼容結構設計的目的是確保產品能在規定的測試規范下正常工作，達到產品的可靠性目標，從而滿足電磁干擾和電磁干擾的限制要求。
EMC設計目標是可靠性目標的一部分。
4.
電磁干擾的三要素
(1)電磁干擾源:指產生電磁干擾的部件、裝置、設備或自然現象;
騷擾是一種電磁能，干擾是騷擾的結果或后果。
(2)耦合途徑或耦合通道:指能量從騷擾源耦合到敏感設備，并使設備產生響應介質;
③靈敏設備:指能夠響應電磁騷擾的設備。
所有的電磁干擾都是由這三個因素共同產生的。
稱之為電磁干擾三要素。
如下圖所示
電磁干擾源發出的電磁能量通過一定的耦合通道傳遞給敏感設備，使敏感設備產生一定形式的響應和影響。
這一過程及其效應稱為電磁干擾效應。
電磁兼容研究的主要內容集中在電磁干擾的三個要素上，即電磁干擾源、耦合通道和敏感設備的研究。
4.
EMC設計過程
電磁兼容結構應用于機械行業的各個領域。
根據產品的不同，其結構變化較大，很難有一個固定的標準。
但是，總體的設計軌跡還是可以追溯的，在細節中還可以找到很多相應的標準和文件。
設計出這樣的特征軌跡后，就可以按照通則進行工藝設計。
1)清晰分析設計需求;
(什么東西出了問題)
2)針對癥狀選擇相應的標準和文件;
3)遵守規則;
4)專業的性能;
5)特征優化:文字形式上的提升空間;
6)平時的積累，進行第二步。
4.1清晰分析設計要求;
(什么東西出了問題)
機械行業也有很多子行業，不同的國家、不同的行業對EMC的要求有很大的不同。
如下圖所示:
EMC設計必須滿足要求、規范和測試的要求。
如果有要求規范，要求規范中必須包含詳細的EMC規定。
例如，通用汽車公司對EMC的規定:
電磁兼容性(EMC)性能:符合GMW309*、GMW309*、gmw310 *。
因此，在設計之前解釋規范是非常重要的(盡管經常被實踐者忽略)。
如果是自己設計的或者沒有規范，則需要根據國家行業要求收集相關的檢測標準，所以如果只注重質量，產品會比較麻煩，但可以參考同行業實力公司的規范。
根據設計要求得到的方法細節如下:
4.1) QFDI(客戶要求轉化為設計要求)
了解您所處的行業環境并定義EMC設計要求是進行良好設計的第一步。
4.2應根據癥狀選擇相應的標準和文件
EMC結構設計過程分為兩個步驟:
4.2.1選擇結構合理的EMC設計
為了使產品具有良好的電磁兼容性，應特別考慮與電磁兼容性有關的設計內容。
最常見和最基本的EMC控制技術有接地、單板、屏蔽和濾波。
此外，平衡技術、低電平技術也是電磁兼容的重要控制技術。
隨著新技術、新材料、新產品的出現，EMC控制技術得到了不斷的發展。
因為各行業對EMC的要求各不相同，使用的主要方法也各不相同。
正如作者所見，汽車電子產品的金屬護罩更少，而智能手機的金屬護罩卻很多。
因此，建議通過對標產品對比，選擇合適的EMC結構。
在這里記得自己心爆滿，隨機跨行業選擇EMC設計結構，利弊權衡。
原因如下:
(1)對標產品拆解分析
(2) DFMEA現有設計:預防控制和檢測控制
下面將分別列出電磁兼容的結構設計方法，以供參考。
4.2.2選擇本EMC結構對應的標準
目前對電磁兼容結構設計沒有嚴格的標準。
作者所看到的EMC文檔主要供參考。
設計時需要針對EMC結構的詳細特性，在結構范圍內再次細化尋找準則，直到找到特征最小的準則。
如果采用金屬屏蔽結構，在選擇合適的供應商后，可參考供應商提供的標準，如:
4.3遵守規則
4.3.1耐心解讀標準
由于EMC結構的標準并不完善，即使是優秀的供應商提供的標準也很難做到正確和完美，所以閱讀、理解和整理這些不完善的標準需要耐心和專業精神。
4.3.2建設
材料、尺寸和公差、試驗和其他要求應在圖紙上顯示。
標準圖紙是實力的體現。
4.3.3計算
EMC當然是可計算的，如下所示。
但基本上基于試驗，實際試驗結果與計算結果有時相差較大。
此外，一些EMC詳細特性設計需要公差控制，因此需要與公差分析相對應的計算報表。
4.4專業性能
1）圖紙
一個產品與PCB板相關圖紙可以說都是EMC結構的設計。
2）計算書；
①EMC輻射計算：PCB、電纜等。(如果真的需要)
②公差分析計算書
審核時請檢查這兩件事。
4.5 特征優化：書面形式的上升空間
以書面形式表達EMC優化結構的設計方法可以寫在計算書中。
EMC結構優化方向如下：
1）EMC更換設計方法：基于DFA原則上，較少的零件可以減少裝配時間，增加可靠性。因此，如果可以通過布板實現EMC控制效果不需要使用金屬屏蔽罩。其他金屬外殼，如鎂合金，也可以考慮更換塑料外殼 導電布等。
2)零件結構簡化：如合理的布板可簡化金屬屏蔽結構。
3)材料成本:噴導電粉時是否必須使用銀粉，是否可以使用銅粉或其他粉末EMC替代設計手段等。
4.6 為第二步做準備。
由于沒有一步一步的設計標準，平時的積累尤為重要。
具體原因見對癥設計總章節，這里就不解釋了。
5.EMC電磁兼容結構設計的方法
5.1 接地
接地是抑制電磁干擾、提高電子設備電磁兼容性的重要手段之一。正確的接地不僅可以抑制干擾的影響，還可以抑制設備的輻射干擾；相反，錯誤的接地會引起嚴重的干擾，甚至使電子設備無法正常工作。
許多電磁干擾問題是由地線引起的，因為地線電位是整個電路工作的基準電位。如果地線設計不當，地線電位不穩定，導致電路故障。地線設計的目的是確保地線電位盡可能穩定，從而消除干擾。
5.1.1 接地的概念
電子設備中的地面通常有兩種含義：一種是地面，另一種是系統基準地面。接地是指在系統的選定點和電位基準之間建立低電阻導電路。
接地是指以地球電位為基準，以地球為零電位，通過接地線和接地極組成的接地裝置將電子設備的金屬外殼和線路選定點與地球連接。
系統基準地是指信號電路的基準導體（電子設備通常以金屬底座、外殼、屏蔽罩或粗銅線、銅帶為基準導體），基準導體的電位為相對零電位，
但不是地面零電位，簡稱系統地。
接地有兩個目的：
首先，為了安全，它被稱為保護接地。電子設備的金屬外殼必須與地面連接，以避免因事故對地面電壓過高而危及操作人員和設備的安全。
二是為電流返回源提供低阻抗通道，稱為工作接地。
5.1.2 接地的種類
事實上，各種地線都有電氣或物理連接，可能沒有明確的劃分。在地面系統中，有時一個地面既承擔保護地面，又承擔防雷地面的作用；或者既承擔工作場所，又承擔保護地面的作用。不同功能的地面連接針對不同的電氣對象，其處理方法的重點也會有所不同。
1）保護接地
保護接地是為了保護設備、設備、電路和人身安全，防止雷擊和靜電損壞設備，或在設備故障時保護人身安全。因此，必須保護設備、設備、電路底盤和金屬外殼的接地。
保護區的保護原理是將帶有故障電壓的設備外殼短路到地面或地線端，保護過程中產生的短路電流斷開熔絲或空氣開關，保護設備和人員安全。
2）工作接地
工作地是單板、母板或系統之間信號的等電位參考點或參考平面，它給信號回流提供了低阻抗通道。
信號質量在很大程度上取決于工作接地質量。由于接地材料特性等技術因素的影響，無論接地導體連接或重疊有多好，總有一定的阻抗，信號回流產生電壓降，形成地紋波，影響信號質量；信號越弱，信號頻率越高，影響越嚴重。盡管如此，在設計和施工中最大限度地減少工作接地導體的阻抗仍然非常重要。
5.2 布板
無論設備是電磁干擾發射還是外部干擾，還是電路之間的相互干擾，電路板都是問題的核心，因此設計電路板對確保設備的電磁兼容性具有重要意義。
電路板設計的目的是減少電磁輻射和對外部干擾的敏感性，減少電路板上的相互影響。
5.3 屏蔽
屏蔽是一種阻擋或減少電磁能傳輸的技術，是抑制電磁干擾的重要手段之一。對于大多數設備EMC在設計上，屏蔽是必要的。
特別是隨著電路工作頻率的增加，僅僅依靠電路板設計往往不能滿足電磁兼容性標準的要求。一般來說，如果在結構設計中不考慮電磁屏蔽的要求，就很難將屏蔽效果添加到產品中。因此，對于現代電子產品的設計，必須從一開始就考慮屏蔽問題。
屏蔽有兩個目的，一是內部輻射的電磁能泄漏到內部區域，二是防止外部輻射干擾進入某一區域。
5.3.1 主要的屏蔽材料和方案
通過一種材料，電磁波會產生以下三種情況：反射、吸收和通過。
因此，屏蔽材料必須具有反射或吸收的特性。
主流電磁屏蔽解決方案材料有：
不銹鋼、銅箔、鋁箔、導電涂料、電磁波吸收材料(鐵氧體、鎳粉、碳黑、堿鐵等)。
屏蔽是電子產品結構工程師非常實用的手段，尤其是手機等消費類電子產品，使用非常多。。
1) 金屬屏蔽。
2）銅箔。
3）電磁屏蔽氈。
4）電鍍導電屏蔽層。
5）噴涂電磁屏蔽涂料。
6) 鎂合金外殼。
鎂合金是一種功能性與結構性相結合的屏蔽材料，不僅可以實現電磁屏蔽功能，還可以實現具有“智能化”特點的工程結構軸承。。但這種方法對電磁屏蔽效果有一定的爭議，暫時還不是主要的方法。。
5.3.2開孔對防護罩的影響。
際上，屏蔽體中不可避免地存在著各種縫隙、開口和各種缺陷，這將大大降低屏蔽體的屏蔽效能。。30MHz以上的理想屏蔽體的屏蔽效能足夠高，遠遠超過工程的實際需要。。真正決定實際屏蔽層屏蔽效能的因素是各種電氣不連續缺陷，包括間隙、開口和電纜穿透。。屏蔽罩上方的縫隙是很常見的，尤其是目前的機柜和插入盒都是組裝好的，而且縫隙很大，如果處理不當，縫隙會急劇惡化屏蔽罩的屏蔽效能。。
5.3.3電纜的屏蔽設計。
如果導體穿過屏蔽層，屏蔽層的屏蔽效能會明顯惡化。。這種穿透通常是當電纜從屏蔽層出來時。。如圖2—6所示。
電纜穿透的作用是通過導線將屏蔽體內外連接起來，相當于兩個背靠背的天線，對屏蔽體的屏蔽影響很大。。
為了避免電纜穿入對屏蔽層的影響，可以從幾個方面采取措施:。
1）使用屏蔽電纜時，屏蔽電纜從屏蔽罩出來時采用夾線結構，確保電纜屏蔽罩與屏蔽罩之間可靠接地，提供足夠低的接觸阻抗。。
2) 使用屏蔽電纜時，信號通過屏蔽連接器從屏蔽罩外接，通過連接器保證電纜屏蔽罩的可靠接地。。
3）當使用非屏蔽電纜時，濾波器連接器用于傳輸，以確保電纜和屏蔽層之間有足夠低的高頻阻抗。。
4）使用非屏蔽電纜時，電纜在屏蔽層的內側（或外側）足夠短，使干擾信號不能有效耦合出去，從而減少電纜穿透的影響。。
5) 電源線將電源濾波器帶出屏蔽層，以確保電源線和屏蔽層之間有足夠低的高頻阻抗。。
5.4過濾。
對于任何設備來說，濾波是解決電磁干擾的關鍵技術之一。。
//與屏蔽不同的是，濾波意味著電子控制工程師需要更多地使用。
由于設備中的導線是非常高效的接收和輻射天線，設備發出的大部分輻射都是通過各種導線來實現的，外部干擾往往首先由導線接收，然后再連接到設備中。。濾波的目的是消除導線上的這些干擾信號，防止電路中的干擾信號到達導線，借助導線的輻射，同時也防止導線接收到的干涉信號進入電路。。、
5.4.1濾波電路的基本概念。
濾波電路是由電感、電容、電阻、鐵氧體磁珠和共模線圈組成的選頻網絡。。為了減少電源和信號電纜的外部輻射，必須對接口電路和電源電路進行濾波處理。。
濾波電路的效率取決于濾波電路兩側的阻抗特性。在低阻抗電路中，一個簡單的電感濾波電路可以獲得40 dB的衰減，而在高阻抗電路幾乎沒有影響。。在高阻抗電路中，簡單的電容濾波電路可以得到很好的濾波效果，而在低阻抗的電路中很難實現。。在濾波電路的設計中，電容接近于高阻抗電路設計，電感接近于低阻抗電路。。
電容器的插入損耗隨頻率的增加而增加，直到頻率達到自諧振頻率。由于導線和電容電極的電感與電路上的電容串聯的存在，插入損耗開始減小。
5.4.2電源電磁干擾濾波器。
電源EMI濾波器是一種無源雙向網絡，它一端接電源，另一端接負載。在感興趣的衰減帶的較高頻率處，電源EMI濾波器可視為阻抗失配網絡。。網絡分析結果表明，濾波器阻抗兩側阻抗失配越大，對電磁干擾能量的衰減越有效。。由于電源線側的共模阻抗一般較低，濾波器的電源阻抗一般較高。為了得到更好的濾波效果，低阻抗的電源側應配備高輸入阻抗的濾波器。。對于高輸入阻抗的負載側，應配備低輸出阻抗的濾波器。。
普通電源濾波器對電壓水平以下的干擾信號有很好的濾波效果。在較高頻段，由于電容器的電感效應，其濾波性能會下降。。對于高頻干擾，請使用通入濾波器。濾波器由于其結構特點，具有良好的濾波特性，其有效頻帶可擴展至GHz，因此在無線產品中得到廣泛應用。。
濾波器的使用，最主要的問題是接地問題。只有接地好的濾波器才能起到它的濾波作用，否則就沒有價值。。過濾器的使用應注意以下問題:。
1) 過濾器放在電源的入口處。
2) 直通式過濾器應放置在機箱（機柜）的金屬壁上。。
3) 過濾器直接與機柜相連，在過濾器下不能涂防護漆。。
4）濾波器的輸入、輸出引線不能平行、交叉。
6. 后來的話。
智能產品可以沒有電機，但必須有PCB板，所以電磁兼容結構設計是一項必備技能。。面試時被問到的時候，別忘了“地篩網過濾器”公式。
