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電子、電氣產品EMC的工程設計

發(fā)布時間:2011-12-13 來源:中國電子學會/蘭博濾波

中心議題:
  • 電子、電氣產品EMC的工程設計
解決方案:
  • 在電子、電氣產品設計初始階段進行EMC設計
  • 在產品開發(fā)階段建立規(guī)范的EMC設計體系
  • 采用系統的電磁兼容性設計流程,評估、預測、分析、設計產品的EMC問題
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伴隨科學技術的發(fā)展,芯片的速率和集成度的不斷提高,高密度電子組裝技術的進一步廣泛采用,電子、電氣產品正向“輕、薄、短、小”和高功能化發(fā)展,由此產生的電磁騷擾所造成的危害也日益嚴重。保護電磁環(huán)境、防止電磁污染,正在引起各國政府以及有關國際組織的普遍關注。因此,電子、電氣產品電磁兼容性指標合格與否,便成為市場準入或市場流通的必要條件。譬如,進入國內市場的產品,需要3C認證證書,進入國內軍品市場的產品,需要GJB認證證書,進入國際市場,需要相應的(EN、SAE、ANSI 、IEC等)認證證書。

目前,為了獲得電子、電氣產品相應的EMC測試認證證書,部分企業(yè)還在沿用著測試-整改-測試的方法,進行產品的EMC測試試驗。

殊不知,使用這種方法最終通過EMC認證測試合格的產品大多不是最佳方案,難以取得效果,相反還大大增加產品的重量和成本。而且,使用這種方法無法解決信號頻率與騷擾頻率一致時的問題,還可能影響產品的安全性,使整改無效。譬如:
  • 抑制傳導騷擾的超標,最常采用的是增加濾波器或在電源線、信號線上附加磁環(huán)的方法。但如果接地系統設計不理想,增加濾波器,可能會導致泄漏電流增加,從而影響產品的安全性能,或者影響產品的性能指標,使整改無效。
  • 在電源線,信號線上附加濾波器或磁環(huán),可能會造成信號線上的信號衰減,失真或串擾,使整改無效。
  • 增加的濾波器越多,電路失真、短路的概率越大,抗浪涌、抗跌落的能力下降,重量和成本增加的也越多。

故而,電子、電氣產品的EMC問題再也不能放在測試階段予以解決了,應該早在產品的設計開發(fā)階段就要予以考慮。因為:產品的EMC是設計出來的,不是測試出來的!

在電子、電氣產品設計的初始階段,同時進行EMC設計,不但可以把EMC問題的大部分解決在設計定型之前,而且成本增加不會太大(如圖1所示)。
                         圖1
                                                                      圖1
如果等到生產階段再去解決這些問題,非但在技術上將帶來很大難度,而且還會造成人力、物力、財力和時間的極大浪費。

產品的EMC設計屬于早期預防,EMC的故障診斷和分析、整改屬于后期補救。產品出現EMC問題常常難以避免,經過前期的EMC設計,即使在后期的認證檢測中出現了問題,問題的數量和難度也比較小,比從來沒有經過EMC設計的產品要強得多,所耗費的代價也要小得多。

而且后期補救的經驗經過不斷的總結,納入下一個產品的EMC設計中,形成良性循環(huán),還可以使EMC設計的內容進一步提高。

電磁兼容性(EMC)是一門以電磁場理論為基礎,包括信息、電工、電子、通信、材料、結構等學科的邊緣科學。也是一門實踐性比較強的學科。要完成電子、電氣產品的EMC,企業(yè)在產品的開發(fā)階段就需要建立一套規(guī)范的EMC設計體系。

采用一套系統的電磁兼容性設計流程,評估、預測、分析、設計產品的EMC問題。從產品設計源頭的根本上解決EMC問題,在研發(fā)流程中融入EMC設計理念,在產品設計的各個階段進行EMC綜合設計,把可能出現的EMC 問題放在研發(fā)前期進行考慮,確保產品樣品出來后,能夠一次性通過EMC 試驗與認證,縮短產品的面市周期。
              圖2 設計規(guī)則檢查表(節(jié)選)
                                                     圖2 設計規(guī)則檢查表(節(jié)選)

目前比較成熟的EMC設計系統,主要采用設計規(guī)則檢查的方式(如圖2所示)。很重要的一點就是企業(yè)逐步建立和日益完善適合企業(yè)特定領域產品的設計規(guī)范,形成一整套的EMC設計規(guī)則(如圖3所示),來檢查核對產品設計開發(fā)過程中的EMC執(zhí)行情況。
                                                   圖3 設計規(guī)則集(節(jié)選)
                                                          圖3 設計規(guī)則集(節(jié)選)

在產品開發(fā)過程中,產品EMC設計主要經歷總體規(guī)格方案設計、原理圖設計、PCB設計、箱體結構設計、產品試裝、摸底預測試、認證測試幾個階段。

在每個階段的各個技術環(huán)節(jié)都編制相應的EMC設計規(guī)則和EMC設計規(guī)范,指導產品EMC的工程設計。
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