1 一個電磁兼容設(shè)計步驟清單？

 

記錄一個看起來非常有道理的電磁兼容設(shè)計方法論。作者將電磁兼容的設(shè)計過程分成六個層次，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，形成一個完整的設(shè)計，對照我們現(xiàn)在的流行詞語，這相當于一個設(shè)計清單。

 

——有源器件的選型和印刷電路板設(shè)計

——地線設(shè)計

——屏蔽設(shè)計

——濾波設(shè)計

——瞬態(tài)騷擾的抑制

 

把“系統(tǒng)級電磁兼容設(shè)計、軟件抗騷擾設(shè)計和仿真”運用到每一步，稱為“電磁兼容分層與綜合設(shè)計法”。

 

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候，有兩種形態(tài)“差模”和“共模”。對于直流回路，傳遞電信號至少需要兩根線，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，稱為“差模干擾信號”，而線與地之間傳遞的干擾信號稱為“共模信號”。差模干擾和共模干擾都可以以電流或者電壓的形式表達。差模干擾在回路中傳導時，兩根線中的參數(shù)方向相反；共模干擾，在回路中傳播時，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，一個成因是空間磁場在回路中感應(yīng)生成，另一個成因是回路中共模干擾，經(jīng)不平衡電路傳導轉(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)對地的電位差，可能是接地不良，或者輻射的電磁干擾信號同方向疊加的結(jié)果又或者是上游電源傳導過來形成的電壓差。共模干擾，本質(zhì)上是系統(tǒng)零點對地電壓差不為零。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)對地的壓差；另一方面，在輸入端設(shè)置濾波電路，濾掉傳導來的共模干擾；加強屏蔽，避免外界干擾信號的輻射在電路中感應(yīng)生成共模干擾。

 

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

 

在PWM驅(qū)動的電機控制器功率模塊中，共模干擾信號的產(chǎn)生主要是兩個原因。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對參考地的電位差。這個共模電壓隨著電路工作情況的不同在不停的波動，電壓隨著時間的變化率，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？

 

電磁干擾信號的傳播，主要有兩種形式：傳導耦合和輻射耦合。

 

傳導耦合，是信號沿著導體傳播，無論差模干擾還是共模干擾，但傳導過程中，干擾信號可能被加強或者削弱。差模干擾會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小；傳導耦合的常見路徑包括高低壓電纜，信號通訊電纜，公共地，以及其他連接在干擾源和敏感源之間的可以導電的物體。

 

輻射耦合耦合，是干擾信號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。輻射的常見路徑是天線，高低壓導線，機殼等。干擾信號的輻射能力與頻率有直接關(guān)系，頻率越高，輻射能力越強。

 

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)，它是干擾信號相對于檢測儀器的一種對比關(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于標準檢測的測量儀器的中頻帶寬而言，對9kHz-150kHz頻率范圍,中頻帶寬為200Hz；對150kHz-30MHz，中頻帶寬為9kHz；對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)境和通用的指標進而有通用的判據(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，繼電器帶載分斷的過程中出現(xiàn)的情形。繼電器觸頭打開的瞬間，距離較近，動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)時間，整個波形周期，脈沖最大值，以及整體測試時間。

 

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)生的時候，感應(yīng)生成強大的靜電場和磁場，找到地面上一個適當?shù)慕饘賹w放電，使得導體相關(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)生概率較小；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)實驗等級不同選擇不同的最高尖峰電壓，從0.5KV至4KV劃分四個等級，最后預(yù)留一個自選等級。系統(tǒng)想要經(jīng)受這樣的沖擊，必須回路中設(shè)計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個等級，四個規(guī)定等級和一個自選參數(shù)等級。

 

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)果判定準則，準則將產(chǎn)品測試結(jié)果的評定分成四個級別，原文照搬如下。

A級，產(chǎn)品工作完全正常；

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

C級，產(chǎn)品功能或指標出現(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，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。