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智能产品&设备的EMI 辐射理论和解决思路
2019-09-03     来源:物联产品&电磁兼容EMC    浏览:40    评论:0        
导读:EMC设计在电子产品与电子设备中已经成为可靠性的重要组成部分,将越来越被重视!特别对于我们的工业&消费类产品要求满足其相应的认证和出口要求,对应的国家政策也在不断完善。同时国际贸易的深化发展,EMC技术成为

EMC设计在电子产品与电子设备中已经成为可靠性的重要组成部分,将越来越被重视!特别对于我们的工业&消费类产品要求满足其相应的认证和出口要求,对应的国家政策也在不断完善。同时国际贸易的深化发展,EMC技术成为电子产品与电子设备的硬性指标!EMI传导的设计理论听过我培训及讲座的朋友们对传导的问题都能进行设计优化;如果对于EMI传导还有问题的朋友们我再提供传导的逆向分析优化法提供参考;通过如下EMI传导的测试数据进行分享:

产品及设备EMI各个频段对应的产品测试数据分析一:

A.产品为早期的开关电源系统方案开关IC基本无频率抖动技术

B.开关电源有输入EMI滤波器的设计,图示其测试频率的ΔF为其开关工作频率

C.产品的EMI测试曲线准峰值有超标频段;开关电源的输入EMI滤波器的参数需要调整!

我的实践与理论数据:

1. F1频段越靠近150KHZ调整X电容越有效果

2. F2频段范围优化滤波器的共模电感搞定;

3. F3频段范围 滤波器Y电容&开关电源系统初次级的Y电容的设计是关键

产品及设备EMI各个频段对应的频段测试数据分析二:

A.F1频段与越靠近150KHZ的频段调整X电容效果越明显!

B.F2频段EMI输入滤波器 共模电感设计按推荐参数搞定并会有充足的裕量。

C.F3频段调整Y电容效果明显;注意调整不适合的Y(略大)电容值会导致F2频段上升!

D.如果EMI输入滤波器采用2级共模电感结构,后级共模电感感量过大会导致F3频段上升

通过上面的EMI传导测试数据进行逆向设计优化都可以搞定如下传导的问题!

EMI辐射的问题是难点!我将我的EMI辐射理论和分析思路总结分享!EMI辐射的模型:

骚扰信号源传递到产品中的等效天线模型,然后传递发射出去产生EMI辐射Data!

1)电流不要流过等效天线模型,则没有EMI的辐射问题;

2)电路中导体的所有电位都等电位的时候,就没有电流存在了;

EMI辐射的基本理论:

辐射的一个重要基本概念是:电流导致辐射,而非电压

1.差模电流的磁场主要集中在差模电流构成的回路面积之内,

而回路面积之外的磁力线会相互抵消;

2.共模电流的磁场,在回路面积之外,

共模电流产生的磁场方向相同,磁场强度反而加强!

问题点:共模电流不能在RF返回路径中进行磁力线的抵消!

同时共模电流的辐射能力,远大于差模电流的辐射能力!

我的理论:

A.所有的等电位的导体都能互连在一起,能连的都连上;不能连的用电容连上,电容连接就是滤波的方法!

B.所有的EMI的辐射问题都是共模辐射(共模电流)!共模的远场辐射怎么出来?一定是骚扰信号源传递到了一个等效的天线模型上;天线模型对参考接地板的分布电容是分析问题的关键!骚扰信号源通过分布电容的耦极子天线即环天线路径形成发射超标!

那么我们需要建立如下EMI辐射的等效天线模型进行分析:

关键点:

A.信号源(噪声源)总是要返回其源头,由上图可知回路可能有许多不同的路径;

B.每条路径上的电流幅值都不相同,这会与该路径的阻抗有关;

C.不希望某些电流在其中某条路径上流动 因此就需要在该路径上采取措施!
 

我的EMI辐射的基本思路:
 

是让辐射源不要流过这个等效的天线模型或者流过的等效的环路路径最短/等效的共模回路路径最小化!优化等效辐射阻抗Rr的电流值即减小辐射能量。

系统分布参数影响的电磁场环路分析!我用下面的等效来分析:

共模电流通过布局布线流经系统的信号线连接线及电缆等,其中>30MHZ以上 为辐射发射的天线接收;即共模辐射在空间产生电磁场,此时被辐射骚扰测试接收天线接收后,那么就形成了产品对外的辐射骚扰!

EMI的传递路径:感性耦合;容性耦合;传导耦合;辐射耦合!

1.感性耦合路径问题

注意电路中的所有感性元器件:电感及 变压器器件等等;

2.容性耦合路径问题

注意电路中任意相近的两根电流导线都会存在分布电容耦合:临近PCB走线 及 关键走线&连接线;散热器等等;

EMI辐射的分析要点(三要素)

阿杜老师的实践分析及成本最佳化思路的主体内容如下:

A.确认噪声源

B.了解噪声源的特性

C.确认噪声源的传递路径;

D.分析确认后成本最佳化设计

从噪声的源头进行设计是我后期推荐大家的策略要点!

总结:

辐射的一个重要基本概念是:电流导致辐射,而非电压;

所有的等电位的导体都能互连在一起,能连的都连上;不能连的用电容连上,电容连接就是滤波的方法!要让辐射源不要流过这个等效的天线模型!或者人为减小流过天线的电流等效路径!
 

 

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