1 一個(gè)電磁兼容設(shè)計(jì)步驟清單？

 

記錄一個(gè)看起來非常有道理的電磁兼容設(shè)計(jì)方法論。作者將電磁兼容的設(shè)計(jì)過程分成六個(gè)層次，從第一層開始，電磁兼容問題過于頑固，才啟用后面的層次。最終，形成一個(gè)完整的設(shè)計(jì)，對(duì)照我們現(xiàn)在的流行詞語，這相當(dāng)于一個(gè)設(shè)計(jì)清單。

 

——有源器件的選型和印刷電路板設(shè)計(jì)

——地線設(shè)計(jì)

——屏蔽設(shè)計(jì)

——濾波設(shè)計(jì)

——瞬態(tài)騷擾的抑制

 

把“系統(tǒng)級(jí)電磁兼容設(shè)計(jì)、軟件抗騷擾設(shè)計(jì)和仿真”運(yùn)用到每一步，稱為“電磁兼容分層與綜合設(shè)計(jì)法”。

 

2 什么是差模干擾和共模干擾？

 

電流和電壓在電路中傳輸?shù)臅r(shí)候，有兩種形態(tài)“差模”和“共模”。對(duì)于直流回路，傳遞電信號(hào)至少需要兩根線，而回路以外，一定存在著系統(tǒng)的參考地。定義線與線之間傳遞的干擾信號(hào)，稱為“差模干擾信號(hào)”，而線與地之間傳遞的干擾信號(hào)稱為“共模信號(hào)”。差模干擾和共模干擾都可以以電流或者電壓的形式表達(dá)。差模干擾在回路中傳導(dǎo)時(shí)，兩根線中的參數(shù)方向相反；共模干擾，在回路中傳播時(shí)，兩根線上的電氣參數(shù)方向相同。也可以說，差模干擾180°相位差的共模干擾。

 

差模干擾的形成的兩種方式，一個(gè)成因是空間磁場在回路中感應(yīng)生成，另一個(gè)成因是回路中共模干擾，經(jīng)不平衡電路傳導(dǎo)轉(zhuǎn)換形成。差模干擾，本質(zhì)上是回路中出現(xiàn)了相位不同的另一股電流。避免差模干擾，可以在電路中使用雙絞線、屏蔽線或者增加濾波電路。

 

共模干擾的形成原因，主要是系統(tǒng)對(duì)地的電位差，可能是接地不良，或者輻射的電磁干擾信號(hào)同方向疊加的結(jié)果又或者是上游電源傳導(dǎo)過來形成的電壓差。共模干擾，本質(zhì)上是系統(tǒng)零點(diǎn)對(duì)地電壓差不為零。因此，要想消除共模干擾，一方面改善接地系統(tǒng)，減小自身系統(tǒng)對(duì)地的壓差；另一方面，在輸入端設(shè)置濾波電路，濾掉傳導(dǎo)來的共模干擾；加強(qiáng)屏蔽，避免外界干擾信號(hào)的輻射在電路中感應(yīng)生成共模干擾。

 

在電動(dòng)汽車上，主要的干擾源是電機(jī)控制器。共模干擾是電機(jī)控制器產(chǎn)生不良影響的主要方式。這一點(diǎn)已經(jīng)被試驗(yàn)證明。共模干擾在電機(jī)控制器上是怎樣產(chǎn)生的？

 

在PWM驅(qū)動(dòng)的電機(jī)控制器功率模塊中，共模干擾信號(hào)的產(chǎn)生主要是兩個(gè)原因。一種是IGBT與散熱器之間存在雜散電容，而共模電壓被定義為逆變器回路的中性點(diǎn)對(duì)參考地的電位差。這個(gè)共模電壓隨著電路工作情況的不同在不停的波動(dòng)，電壓隨著時(shí)間的變化率，作用于前面所說的等效電容形成電流1；在共模電壓的傳導(dǎo)過程中，電壓在傳播路徑上產(chǎn)生電流2。電流1與電流2的和就是PWM逆變器產(chǎn)生的總體共模干擾電流。

 

3 電磁干擾傳播的基本形式？

 

電磁干擾信號(hào)的傳播，主要有兩種形式：傳導(dǎo)耦合和輻射耦合。

 

傳導(dǎo)耦合，是信號(hào)沿著導(dǎo)體傳播，無論差模干擾還是共模干擾，但傳導(dǎo)過程中，干擾信號(hào)可能被加強(qiáng)或者削弱。差模干擾會(huì)跟著傳播線路互感的增加而增大，共模干擾則隨著傳播線路互容的減小而減??；傳導(dǎo)耦合的常見路徑包括高低壓電纜，信號(hào)通訊電纜，公共地，以及其他連接在干擾源和敏感源之間的可以導(dǎo)電的物體。

 

輻射耦合耦合，是干擾信號(hào)以電磁輻射的形式向四周空間傳播，并在敏感源附近一電磁感應(yīng)的方式還原到電路中，形成干擾信號(hào)。輻射的常見路徑是天線，高低壓導(dǎo)線，機(jī)殼等。干擾信號(hào)的輻射能力與頻率有直接關(guān)系，頻率越高，輻射能力越強(qiáng)。

 

4 電磁兼容領(lǐng)域的寬帶和窄帶指什么？

 

在電磁兼容領(lǐng)域里，寬帶和窄帶與通訊、互聯(lián)網(wǎng)的定義都不太相關(guān)，它是干擾信號(hào)相對(duì)于檢測儀器的一種對(duì)比關(guān)系。記錄比較合適的一種說法“電磁兼容測量中所定義的寬帶與窄帶只是相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)檢測的測量儀器的中頻帶寬而言，對(duì)9kHz-150kHz頻率范圍,中頻帶寬為200Hz；對(duì)150kHz-30MHz，中頻帶寬為9kHz；對(duì)30MHz-1000MHz，中頻帶寬為120kHz。若在某測量頻段內(nèi)干擾的帶寬大于EMI接收機(jī)的中頻帶寬，則為寬帶噪聲，否則為窄帶噪聲”。

 

5 瞬態(tài)測試項(xiàng)目有哪些？

 

瞬態(tài)測試，模擬系統(tǒng)遇到極端情況考察系統(tǒng)可靠性的一類測試，更類似于環(huán)境測試，是通用的環(huán)境和通用的指標(biāo)進(jìn)而有通用的判據(jù)。而電氣系統(tǒng)的發(fā)射和抗干擾能力測試，不同系統(tǒng)自身要求的參數(shù)有區(qū)別，并不能有統(tǒng)一可用的判據(jù)。

 

瞬態(tài)測試具體測試的項(xiàng)目包括電快速瞬變脈沖群，雷擊浪涌，靜電放電的直接和間接騷擾。

 

5.1 電快速瞬變脈沖群測試

 

電快速瞬變脈沖群測試，是模擬存在繼電器的回路，繼電器帶載分?jǐn)嗟倪^程中出現(xiàn)的情形。繼電器觸頭打開的瞬間，距離較近，動(dòng)靜觸頭之間的電壓擊穿后形成電弧，之后的過程，一部分能量在觸頭與繼電器線圈之間震蕩，直至觸頭距離足夠大，電路被完全斷開為止。震蕩的能量，在繼電器以外的回路中生成了脈沖電壓，作用在電路其他器件上，一旦有哪些電氣不能承受這樣的沖擊，造成損壞，則回路無法正常工作。

 

電快速瞬變脈沖群測試有明確的參數(shù)規(guī)定，脈沖持續(xù)時(shí)間，整個(gè)波形周期，脈沖最大值，以及整體測試時(shí)間。

 

5.2 雷擊浪涌測試

 

雷擊浪涌測試，模擬電氣系統(tǒng)處于雷電環(huán)境下，對(duì)系統(tǒng)防雷能力的考察。雷電的產(chǎn)生分為直擊雷和感應(yīng)雷。直擊雷是帶電云塊與另外的云塊或者大地或者建筑物之間直接發(fā)生的放電現(xiàn)象。感應(yīng)雷，是雷電發(fā)生的時(shí)候，感應(yīng)生成強(qiáng)大的靜電場和磁場，找到地面上一個(gè)適當(dāng)?shù)慕饘賹?dǎo)體放電，使得導(dǎo)體相關(guān)的回路中突然產(chǎn)生尖峰電流。直擊雷破壞性較大，但發(fā)生概率較??；感應(yīng)雷是生活中最常出現(xiàn)的危害現(xiàn)象。

 

浪涌測試，根據(jù)實(shí)驗(yàn)等級(jí)不同選擇不同的最高尖峰電壓，從0.5KV至4KV劃分四個(gè)等級(jí)，最后預(yù)留一個(gè)自選等級(jí)。系統(tǒng)想要經(jīng)受這樣的沖擊，必須回路中設(shè)計(jì)有專門的防浪涌裝置。

 

5.3 靜電放電騷擾測試

 

靜電放電騷擾測試，是模擬日常生活中出現(xiàn)的靜電現(xiàn)象，檢測系統(tǒng)的承受能力。靜電是一種電壓極高，持續(xù)時(shí)間極短，總能量并不大的放電現(xiàn)象?？赡茉斐苫芈分械慕^緣擊穿。

靜電騷擾測試分成直接放電和非接觸放電兩種，每種測試都劃分5個(gè)等級(jí)，四個(gè)規(guī)定等級(jí)和一個(gè)自選參數(shù)等級(jí)。

 

6 瞬態(tài)測試的抗擾度判據(jù)？

 

瞬態(tài)測試有通用測試結(jié)果判定準(zhǔn)則，準(zhǔn)則將產(chǎn)品測試結(jié)果的評(píng)定分成四個(gè)級(jí)別，原文照搬如下。

A級(jí)，產(chǎn)品工作完全正常；

B級(jí)，產(chǎn)品功能或指標(biāo)出現(xiàn)非期望偏離，但當(dāng)電磁騷擾去除后，可自行恢復(fù)；

C級(jí)，產(chǎn)品功能或指標(biāo)出現(xiàn)非期望偏離，電磁騷擾去除后，不能自行恢復(fù)，必須依靠操作人員的介入，方可恢復(fù)。但不包括硬件維修和軟件重裝；

D級(jí)，產(chǎn)品元器件損壞，數(shù)據(jù)丟失，軟件故障等。

A、B合格，C、D不合格。