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一个新手的EMC问题

最近做了一个电源,30W的,方案用的是PSR的,由于体积有限,把电源的MOS和输出的快恢连接到了同一个散热器上,发现EMC,特别是辐射不好做,请问有大虾给我解释下么,不胜感激!
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327572597
LV.3
2
2013-07-24 00:23

电磁兼容性(EMC)三要素:干扰源、敏感源、耦合路径。

任何电磁兼容性方面的问题都包括上述的三要素。解决电磁兼容性方面的问题只要解决了3个要素中的1个,电磁兼容性方面的问题就不会存在了。因此,大家在解决电磁兼容问题必须从这三要素着手进行分析,查找问题的所在,根据实际情况,对症下药,消除问题。

       在用电设备中,凡是有电压或电流突变的场合,肯定会有电磁兼容性方面的问题存在。这就使电磁兼容设计成为电子产品设计过程中的一项重要的内容。电子产品设计工程师若不了解电磁兼容设计的相关内容,就无法设计出符合电磁兼容要求的合格产品。

 

 

设计工程师必须具备的因素

1了解电磁兼容的相关标准

2能根据市场对产品的定义和要求,运用电磁兼容方面的相关知识设计产品。

3熟悉电磁兼容的相关设备,并能对其进行操作。

4能根据测试的结果,理论结合实际,找出问题,解决问题。

PCB设计工程师要求是:

 1熟悉电路原理,知道PCB设计的关键点。

2熟悉PCB的设计要点。

3结果良好的PCB设计,满足EMC的要求,可以加快产品开发进度,节约成本。

通常产品中PCB的设计方法对该产品的EMC特性有很大的影响,其中影响最大的主要是布局与地线,如果在设计的初期就考虑到布局与地线的解决,那么这将是一种最廉价和最有效的解决问题的方法。

 

EMC对符合性电器设备的要求有两方面:

1好的电器设备工作时不会对外界产生不良的电磁干扰影响。

2好的电器设备自身不能对外界的电磁干扰过度敏感。

前者称对外干扰发射,后者称对自我敏感度或抗干扰。

 

EMC传播途径:

(即电磁能量从设备内传出或从外界传入设备的途径)

1以电磁波的形式空间传播。

2以电流的形式沿导线传播。

因此就分为:传导发射,辐射发射;传导敏感度,辐射敏感度。

各种电磁兼容测试均包括以上四类。

 

解决产品EMC的方法和手段

 

电磁屏蔽

电磁屏蔽通常是解决EMC问题的重要手段之一。绝大部分的产品的EMC问题均可通过电磁屏蔽得到解决和改善,而且最大的好处是不用影响电气电路地正常工作,也不需要对电路做任何修改。从而达到解决问题。

我们原来统称电磁场包括电场和磁场。电磁场影响也就包括电场和磁场影响,

解决的时候需分清是电场影响还是磁场影响,方能对症下药,通常电场的影响易屏蔽,磁场的影响很难屏蔽。例如我们的一些产品通常会在敏感部位加上金属屏蔽罩,这对高频电场起到关键的作用。而整机则采用金属外壳或塑料外壳喷涂金属层。

:电原理设计

尽量选用低速或高抗扰度的器件。

选用高质量的无干扰的电源或器件。

合理的选用看门狗电路。

对于某些CPU上电程序初试化或掉电时,I/O口状态不确定的,需加上拉或下拉锁住。

对于设计时多余的门或I/O口需接死,不能悬空。(?)

:PCB设计

良好的PCB LAYOUT EMC的帮助

一.         电路的布局

1设计时必须结合相应系统进行划分,工控仪表通常要根据电路的工作频率、工作电压、模拟部分、数字部分、电源部分等划分,将不同性质的电路分别布置在PCB板的不同区域内,使干扰电路和敏感电路远离,同时要兼顾机械结构的可设计性或操作性。

2布局在不同区域的电路必须使用不同的地线,不同的底线则根据实际情况采用单点接地还是多点接地连接在一起。

良好的布局IC的精心放置保证各IC间信号实现短连接将会给后面的EMC打好良好的基础,也是非常重要的。

 

二.         地线系统

良好的地线设计系统并不会增加任何成本,而90%EMC问题均是由于地线设计不当造成的。而地线的含义就是“电流能够流回源头的一条低阻抗的路径”这也就说电流的流动对低阻抗回路的要求是严格的。反映在高频电路中是非常适合的,我们通常发现在>500MHZ以上就很明显。若我们将地线回路设计的足够小,则感应的电压也就很小,因此,设计时要将地线设计的尽量紧凑。

1单点接地

主要是消除系统中公共阻抗偶合和低频大功率的地环路的影响。这在系统中应用在A/D部分地和数字部分地及机壳地上,将其汇总在电源输入的进端。

2多点接地

主要是避免由于单纯单点接地在高频处带来的影响(减少了地阻抗产生的共模电压)。这应用在我们系统中数字电路和高频大信号的电路中。

3混合接地

主要是使用电抗性的器件,使接地系统在低频和高频时呈现不同的特性。通常我们在一些敏感电路中用到。

总结一下:当频率《10MHZ是尽量用单点接地,而当频率高于100MHZ上时必须采用多点接地。如由于多点接地形成的地环路,而产生的电磁场的影响,则须考虑混合接地。

 

三.         信号线布线

信号线的布线也非常重要,需仔细考虑周到。

1走线呈45°角或圆角,拐角不要呈90°

2高速时钟线要短;要远离I/O端口;最好在同一层面上,不要换层;拐角呈45°角或圆角。

3I/O接口上使用独立的地线,为滤波和屏蔽层提供干净的地。

4I/O接口上的滤波器尽可能的靠近接插件的进出口.

5对于显示驱动或其他驱动IC须靠近相应的接插件

6对于关键的信号线,如时钟线最好有屏蔽地包络,对于一些A/D部分的信号线通常也需要用屏蔽包络。

7对于高速数据线或地址线需保持走线长度的一致性,防止因长短不一,造成时序的延迟。

8平行的高速线需保持一定的走线宽度,防止平行线间的相互串扰。通常至少要有8mil

9对于大电流的信号或电源线需保持一定的线宽,留有一定走线间隔。

10对于多层板,可将一些关键线走在中间层,底层和顶层敷上大面积的敷铜。

11通常在PCB板上对A/D或敏感部位可加屏蔽罩进行局部屏蔽,而对于进出屏蔽罩的信号可采用穿心电容或T型的滤波器。

而屏蔽盒与PCB板面地线应大面积且可靠的接触在一起。

12地线敷铜采用完整地或网格地。

13磁珠尽可能靠噪声源放置。

14对外I/O口上尽可能串上35~50Ω的电阻。

15工业设计中电缆或导线中每8个信号中必须加入一条地线,若高速中则因在加入一条地线。

16使干扰电路和敏感电路相对远离。

17减小地线回路面积。

18使走线和器件引线最短。

19合理的使用单点接地、多点接地、混合接地。

20 PCB板上走线与外壳间距应大于3mm

 

 

PCB走线通常与个人的习惯有关,即不同人员认识不同设计出的PCB也是不同的,但主要的目标还是确保产品能顺利通过EMC的测试,只是由于经验需通过时间和实践的积累。

 

通常若单方面要求良好的PCB设计来使整个产品通过EMC的测试是不现实的,其中应该有良好的机械结构、细致的电气原理、完善的软件程序。下面将软件的一些注意事项进行简单的讨论。

 

 

:机械结构设计

由于结构设计对EMC的影响较大,所以良好的结构位置布局将会明显改善EMC的测试,因而在设计初期时电气和机械需共同讨论结构方案达成统一意见。

    对于金属外壳:

1机箱搭接处阻抗不宜过大,即上下盖需要大面积可靠的接触在一起。

2机箱上不易开过多的开口或过大的开口,这主要是孔洞或缝隙处的阻抗较大,静电放电电流频率很高,易产生电磁场的辐射。尽可能的使机箱为一完整的机箱,如果条件允许可在开口处采用屏蔽措施,例如加屏蔽网等。

3如果选用屏蔽电缆,应考虑在机箱上留有屏蔽电缆的安装位置,需可靠搭接在一起。

    对于非金属外壳:

1增强绝缘,防止直接放电。例如键盘部位。

2对于外露的金属接口或部件,需与屏蔽地连接,形成良好的静电放电回路。例如RS232RS485RS422、以太网接口、钱箱锁等。目的使静电直接泄放掉。

3可考虑在PCB板后加一屏蔽纸,屏蔽纸与地可靠连接,起到隔离层的作用,但注意不能与PCB板上的地进行连接。

4外壳喷涂金属漆。

 

 

而我们所做的是人机对话的仪表,往往带有显示窗口和不同的接口,孔洞和缝隙较多,并不能做的象密封罐,而电磁场干扰无孔不入。所以也不能过分依赖设备结构一定解决剩余EMC的影响

 

 

:软件结构设计

 

防护性软件方面:

通常在硬件和机械结构无计可施的情况下,可通过对软件进行精心的设计,同样能起到解决预防的效果。例如:我们会发现在静电作用后设备CPU不工作了,显示乱码了等等,这时候我们可以通过软件进行软复位或对显示进行初始化。

典型的软件技术包括:

1所有输入数据进行类型和范围检查

2对输入数据进行多次采样比较;对模拟数据进行平均计算;对数字数据进行确认处理。

3对所有数据传输中,加入奇偶校验和。

4对于存储器FLASHSRAMEEPROM中数据区可开辟一些存储单元,将关键的数据放置在这些单元中,每个单元有存储在里面的“校验和”保护,一旦诊断出错,随时进行数据修正,保护数据块。

5可能时尽量使用电平触发,避免使用沿触发。

6周期性的对一些可编程接口芯片初始化。如可编程I/O端口、UART等。

 

一个合格的产品从最初的市场定义到结构设计、原理设计、PCB设计、软件设计各方面都必需要站在EMC的角度上综合考虑问题。

 

 

EMC并非象套用公式就能解决的,经验的积累的是很重要的。所以将所做过的KNOWHOW整理出来,提供给大家,使大家在设计的初期增加EMC的防范、产品测试过程中,有一些解决的思路可供参考。

由于提供KNOWHOW并非全面,也并非对每个产品一定适用。但是可以给大家在找不到方向和出路时提供一些线索和帮助。

 

 

 

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chenccy
LV.4
3
2013-07-24 17:12
没电路,没图
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