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電磁兼容設(shè)計(jì)
電磁兼容設(shè)計(jì)【1】
【摘要】從電磁兼容的產(chǎn)生機(jī)制分析和總結(jié)了系統(tǒng)級(jí)及設(shè)備級(jí)的EMC問(wèn)題解決方式。
【關(guān)鍵詞】EMCEMIEMS電磁兼容設(shè)計(jì)PCB設(shè)計(jì)EMC認(rèn)證
EMC(Electro Magnetic Compatibility)是涉及多種學(xué)科的綜合性科學(xué)，對(duì)電子行業(yè)來(lái)說(shuō)，這種技術(shù)的目的在于使設(shè)備或系統(tǒng)在共同的電磁環(huán)境中，既不受電磁環(huán)境的影響能夠正常工作，也不會(huì)給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重電磁污染，而影響其他設(shè)備或系統(tǒng)的正常工作。
對(duì)電子設(shè)備而言，主要問(wèn)題是EMI和EMS。
一、EMC的問(wèn)題分類及主要指標(biāo)
所有EMC問(wèn)題的產(chǎn)生和解決，都離不開下面的三個(gè)方面：
靜電放電(ESD)針對(duì)整個(gè)設(shè)備，可能有傳導(dǎo)和輻射兩種方式;
電快速瞬變脈沖群(EFT)針對(duì)電源和信號(hào)接口
浪涌(SURGE)針對(duì)電源和信號(hào)接口
射頻傳導(dǎo)敏感度(CS)針對(duì)電源和信號(hào)接口
輻射敏感度(RS)針對(duì)整個(gè)設(shè)備
電壓跌落(DIP)針對(duì)AC電源口
二、EMC問(wèn)題的一般分析解決方法
解決EMC問(wèn)題的時(shí)機(jī)的最佳時(shí)機(jī)是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就考慮EMC設(shè)計(jì)，成本最低，也最容易。
EMC問(wèn)題可分為系統(tǒng)級(jí)EMC和設(shè)備級(jí)問(wèn)題。
(1)確認(rèn)被干擾對(duì)象，估計(jì)干擾門限;
(2)確認(rèn)干擾源，估計(jì)干擾電平大小;
(3)確認(rèn)干擾耦合機(jī)制、耦合途徑;
(4)確定干擾余量(一般為6dB);
(5)提出解決方案;
(6)用實(shí)驗(yàn)確認(rèn)結(jié)果。
(2)抑制傳導(dǎo)類耦合的基本方法
濾波―――多用低通濾波器，有時(shí)也會(huì)用到帶通或帶阻濾波器，濾波電路有多種形式，有LC濾波器、PI型濾波器等，應(yīng)注意濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)與要濾除干擾信號(hào)的關(guān)系，有各種成品EMI濾波器可以選購(gòu);
隔離―――在數(shù)字電路中，可以用光電隔離器件進(jìn)行隔離;模擬電路可用變壓器隔離，來(lái)阻斷或減少電磁騷擾的傳導(dǎo);
去耦―――通常用去耦電容器，其本質(zhì)還是濾波。
(3)抑制電場(chǎng)耦合的基本方法
接地主要原則：給信號(hào)提供最低阻抗的回路;使電源和信號(hào)回路面積最小;使各電路間的公共阻抗最小;一般不主張分地，必要時(shí)可分?jǐn)?shù)字地與模擬地、保護(hù)地與工作地;最終單點(diǎn)匯接大地。
接地的主要方式：串聯(lián)單點(diǎn)接地;并聯(lián)單點(diǎn)接地;并聯(lián)多點(diǎn)接地;混合接地
(1)設(shè)備公共接地母線的安排與設(shè)計(jì);(2)設(shè)備各功能模塊(子架)的位置分布，合理的布局可避免模塊間的相互干擾;(3)設(shè)備對(duì)外接口的位置安排;(4)設(shè)備電源的布局和走線要求;(5)設(shè)備內(nèi)部模塊間連線布局和走線要求。
四、小結(jié)
EMC問(wèn)題，在各種電子產(chǎn)品中都存在。
產(chǎn)品的EMC性能的實(shí)現(xiàn)涉及產(chǎn)品的每一個(gè)環(huán)節(jié)，其中開發(fā)階段的EMC設(shè)計(jì)尤為重要，只有認(rèn)真作好EMC設(shè)計(jì)，才能以最佳的費(fèi)/效比解決好產(chǎn)品EMC問(wèn)題。
開關(guān)電源電磁兼容設(shè)計(jì)【2】
電磁兼容是指在有限的空間、時(shí)間和頻譜范圍內(nèi),各種電氣設(shè)備共存而不引起性能的下降,它包括電磁騷擾(EMD)和電磁敏感(EMS)兩方面的內(nèi)容。
EMD是指電氣產(chǎn)品向外發(fā)出噪聲,EMS則是指電氣產(chǎn)品抵抗外來(lái)電磁騷擾的能力。
一臺(tái)具備良好電磁兼容性能的設(shè)備,應(yīng)該既不受周圍電磁環(huán)境的影響也不對(duì)周圍造成電磁騷擾。
開關(guān)電源中的功率開關(guān)管在高頻下的通、斷過(guò)程產(chǎn)生大幅度的電壓和電流跳變,因而產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁騷擾,但騷擾的頻率范圍(<30MHz)是比較低的。
多數(shù)小功率開關(guān)電源的幾何尺寸遠(yuǎn)小于30MHz電磁場(chǎng)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)(空氣介質(zhì)中約為10m),開關(guān)電源系統(tǒng)研究的電磁騷擾現(xiàn)象屬于似穩(wěn)場(chǎng)的范圍,研究它們的電磁騷擾問(wèn)題時(shí),主要考慮的是傳導(dǎo)騷擾。
電磁騷擾
討論電磁騷擾一般是從騷擾源的特性,騷擾的耦合通道特性和受擾體的特性三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行的。
1.開關(guān)電源中的主要電磁騷擾源
開關(guān)電源中的電磁騷擾源主要有開關(guān)器件、二極管和非線性無(wú)源元件;在開關(guān)電源中,印制板布線不當(dāng)也是引起電磁騷擾的一個(gè)主要因素。
1.1 開關(guān)電路產(chǎn)生的電磁騷擾
對(duì)開關(guān)電源來(lái)說(shuō),開關(guān)電路產(chǎn)生的電磁騷擾是開關(guān)電源的主要騷擾源之一。
開關(guān)電路是開關(guān)電源的核心,主要由開關(guān)管和高頻變壓器組成。
它產(chǎn)生的dv/dt是具有較大輻度的脈沖,頻帶較寬且諧波豐富。
這種脈沖騷擾產(chǎn)生的主要原因是 :
1)開關(guān)管負(fù)載為高頻變壓器初級(jí)線圈,是感性負(fù)載。
在開關(guān)管導(dǎo)通瞬間,初級(jí)線圈產(chǎn)生很大的涌流,并在初級(jí)線圈的兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓;在開關(guān)管斷開瞬間,由于初級(jí)線圈的漏磁通,致使一部分能量沒(méi)有從一次線圈傳輸?shù)蕉尉�圈,儲(chǔ)藏在電感中的這部分能量將和集電極電路中的電容、電阻形成帶有尖峰的衰減振蕩,疊加在關(guān)斷電壓上,形成關(guān)斷電壓尖峰。
這種電源電壓中斷會(huì)產(chǎn)生與初級(jí)線圈接通時(shí)一樣的磁化沖擊電流瞬變,這個(gè)噪聲會(huì)傳導(dǎo)到輸入輸出端,形成傳導(dǎo)騷擾,重者有可能擊穿開關(guān)管。
2)脈沖變壓器初級(jí)線圈,開關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的高頻開關(guān)電流環(huán)路可能會(huì)產(chǎn)生較大的空間輻射,形成輻射騷擾。
如果電容濾波容量不足或高頻特性不好,電容上的高頻阻抗會(huì)使高頻電流以差模方式傳導(dǎo)到交流電源中形成傳導(dǎo)騷擾。
1.2 二極管整流電路產(chǎn)生的電磁騷擾
主電路中整流二極管產(chǎn)生的反向恢復(fù)電流的|di/dt|遠(yuǎn)比續(xù)流二極管反向恢復(fù)電流的|di/dt|小得多。
作為電磁騷擾源來(lái)研究,整流二極管反向恢復(fù)電流形成的騷擾強(qiáng)度大,頻帶寬。
整流二極管產(chǎn)生的電壓跳變遠(yuǎn)小于電源中的功率開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電壓跳變。
因此,不計(jì)整流二極管產(chǎn)生的|dv/dt|和|di/dt|的影響,而把整流電路當(dāng)成電磁騷擾耦合通道的一部分來(lái)研究也是可以的。
1.3 dv/dt與負(fù)載大小的關(guān)系
功率開關(guān)管開通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的dv/dt是開關(guān)電源的主要騷擾源。
經(jīng)理論分析及實(shí)驗(yàn)表明,負(fù)載加大,關(guān)斷產(chǎn)生的|dv/dt|值加大,而負(fù)載變化對(duì)開通的|dv/dt|影響不大。
由于開通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的|dv/dt|不同,從而對(duì)外部產(chǎn)生的騷擾脈沖也是不同的。
2. 開關(guān)電源電磁噪聲的耦合通道
描述開關(guān)電源和系統(tǒng)傳導(dǎo)騷擾的耦合通道有兩種方法:
1)將耦合通道分為共模通道和差模通道;
2)采用系統(tǒng)函數(shù)來(lái)描述騷擾和受擾體之間的耦合通道的特性。
2.1 共模和差模騷擾通道
開關(guān)電源在由電網(wǎng)供電時(shí),它將從電網(wǎng)取得的電能變換成另一種特性的電能供給負(fù)載。
同時(shí)開關(guān)電源又是一噪聲源,通過(guò)耦合通道對(duì)電網(wǎng)、開關(guān)電源本身和其它設(shè)備產(chǎn)生騷擾,通常多采用共模和差模騷擾加以分析。
如圖1,為開關(guān)電源共模騷擾等效電路。
“共模騷擾”是指騷擾大小和方向一致,其存在于電源任何一相對(duì)大地、或中線對(duì)大地間。
共模騷擾也稱為縱模騷擾、不對(duì)稱騷擾或接地騷擾。
是載流體與大地之間的騷擾。
如圖2,為帶共模干擾的+5V直流信號(hào)。
“差模騷擾”是指大小相等,方向相反,其存在于電源相線與中線及相線與相線之間。
差模騷擾也稱為常模騷擾、橫模騷擾或?qū)ΨQ騷擾。
是載流體之間的騷擾。
共模騷擾說(shuō)明騷擾是由輻射或串?dāng)_耦合到電路中的,而差模騷擾則說(shuō)明騷擾源于同一條電源電路的。
通常這兩種騷擾是同時(shí)存在的,由于線路阻抗的不平衡,兩種騷擾在傳輸中還會(huì)相互轉(zhuǎn)化,情況十分復(fù)雜。
共模騷擾主要是由|dv/dt|產(chǎn)生的,|di/dt|也產(chǎn)生一定的共模騷擾。
但是,在低壓大電流的開關(guān)電源中,共模騷擾主要是由|dv/dt|產(chǎn)生的還是由|di/dt|產(chǎn)生的,需要進(jìn)一步研究。
如圖3,共模/差模信號(hào)與磁場(chǎng)的關(guān)系。
在頻率不是很高的情況下,開關(guān)電源的騷擾源、耦合通道和受擾體實(shí)質(zhì)上構(gòu)成一多輸入多輸出的電網(wǎng)絡(luò),而將其分解為共模和差模騷擾來(lái)研究是對(duì)上述復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的一種處理方法,這種處理方法在某種場(chǎng)合還比較合適。
但是,將耦合通道分為共模和差模通道具有一定的局限性,雖然能測(cè)量出共模分量和差模分量,但共模分量和差模分量是由哪些元器件產(chǎn)生的,的確不易確定。
因此有人用系統(tǒng)函數(shù)的方法來(lái)描述開關(guān)電源騷擾的耦合通道,即研究耦合通道的系統(tǒng)函數(shù)與各元器件的關(guān)系,建立耦合通道的電路模型。
許多系統(tǒng)分析的結(jié)果,如靈敏度的分析、模態(tài)的分析等,都可用來(lái)研究開關(guān)電源的EMD的調(diào)試和預(yù)測(cè)。
但是,用系統(tǒng)函數(shù)的方法分析騷擾的耦合通道,還需要做很多工作。
2.2.2 雜散參數(shù)影響耦合通道的特性
在傳導(dǎo)騷擾頻段(小于30MHz)范圍內(nèi),多數(shù)開關(guān)電源騷擾的耦合通道是可以用電路網(wǎng)絡(luò)來(lái)描述的。
但是,在開關(guān)電源中的任何一個(gè)實(shí)際元器件,如電阻器、電容器、電感器乃至開關(guān)管、二極管都包含有雜散參數(shù),且研究的頻帶愈寬,等值電路的階次愈高,因此,包括各元器件雜散參數(shù)和元器件間的耦合在內(nèi)的開關(guān)電源的等效電路將復(fù)雜得多。
在高頻時(shí),雜散參數(shù)對(duì)耦合通道的特性影響很大,分布電容的存在成為電磁騷擾的通道。
另外,在開關(guān)管功率較大時(shí),集電極一般都需加上散熱片,散熱片與開關(guān)管之間的分布電容在高頻時(shí)不能忽略,它能形成面向空間的輻射騷擾和電源線傳導(dǎo)的共模騷擾。
電磁騷擾的抑制
對(duì)開關(guān)電源的EMD的抑制措施,主要是
1)減小騷擾源的騷擾強(qiáng)度;
2)切斷騷擾傳播途徑。
為了達(dá)到這個(gè)目的,主要從選擇合適的開關(guān)電源電路拓?fù)?采用正確的接地、屏蔽、濾波措施;設(shè)計(jì)合理的元器件布局及印制板布線等幾個(gè)方面考慮。
1.減小開關(guān)電源本身的騷擾
減小開關(guān)電源本身的騷擾是抑制開關(guān)電源騷擾的根本,是使開關(guān)電源電磁騷擾低于規(guī)定極限值的有效方法。
1)減小功率管通、斷過(guò)程中產(chǎn)生的騷擾
上面分析表明,開關(guān)電源的主要騷擾是來(lái)自功率開關(guān)管通、斷的dv/dt。
因此減小功率開關(guān)管通、斷的dv/dt是減小開關(guān)電源騷擾的重要方面。
人們通常認(rèn)為軟開關(guān)技術(shù)可以減小開關(guān)管通、斷的dv/dt。
但是,目前的一些研究結(jié)果表明軟開關(guān)并不像人們預(yù)料的那樣,可以明顯地減小開關(guān)電源的騷擾。
沒(méi)有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,軟開關(guān)變換器在EMC性能方面明顯地優(yōu)于硬開關(guān)變換器。
有文獻(xiàn)系統(tǒng)地研究了PWM反激式變換器、準(zhǔn)諧振零電流變頻開關(guān)正激變換器、多諧振零電壓變頻開關(guān)反激式變換器、多揩振零電壓變頻開關(guān)正激變換器、電壓箝位多諧振零電壓定頻開關(guān)反激式變換器以及半橋式零電壓變頻串聯(lián)諧振變換器的EMD特性,討論了緩沖電路、箝位電路、變頻與定頻控制對(duì)騷擾水平的影響。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,具有電壓箝位的零電壓定頻開關(guān)變換器的EMD電平最低。
因此,采用軟開關(guān)電源技術(shù),結(jié)合合理的元器件布置及合理的印制電路板布線,對(duì)開關(guān)電源的EMD水平有一定的改善。
2)開關(guān)頻率調(diào)制技術(shù)
將頻率不變的調(diào)制改變?yōu)殡S機(jī)調(diào)制,變頻調(diào)制等。
頻率固定不變的調(diào)制脈沖產(chǎn)生的騷擾在低頻段主要是調(diào)制頻率的諧波騷擾,低頻段的騷擾主要集中在各諧波點(diǎn)上。
由F.Lin提出的開關(guān)頻率調(diào)制方法[3],其基本思想是通過(guò)調(diào)制開關(guān)頻率fc的方法,把集中在開關(guān)頻率fc及其諧波2fc,3fc……上的能量分散到它們周圍的頻帶上,由此降低各個(gè)頻點(diǎn)上的EMD幅值,以達(dá)到低于EMD標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。
這種開關(guān)調(diào)頻PWM的方法雖然不能降低總的騷擾能量,但它把能量分散到頻點(diǎn)的基帶上,以達(dá)到各個(gè)頻點(diǎn)都不超過(guò)EMD規(guī)定的限值。
2. 接地
“接地”有設(shè)備內(nèi)部的信號(hào)接地和設(shè)備接大地,兩者概念不同,目的也不同。
“地”的經(jīng)典定義是“作為電路或系統(tǒng)基準(zhǔn)的等電位點(diǎn)或平面”。
3.2.1 設(shè)備的信號(hào)接地
設(shè)備的信號(hào)接地,可能是以設(shè)備中的一點(diǎn)或一塊金屬來(lái)作為信號(hào)的接地參考點(diǎn),它為設(shè)備中的所有信號(hào)提供了一個(gè)公共參考電位。
在這里介紹浮地和混合接地,另外,還有單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地。
1)浮地
采用浮地的目的是將電路或設(shè)備與公共接地系統(tǒng),或可能引起環(huán)流的公共導(dǎo)線隔離開來(lái)。
浮地還可以使不同電位間的電路配合變得容易。
實(shí)現(xiàn)電路或設(shè)備浮地的方法有變壓器隔離和光電隔離。
浮地的最大優(yōu)點(diǎn)是抗騷擾性能好。
浮地的缺點(diǎn)是由于設(shè)備不與公共地相連,容易在兩者間造成靜電積累,當(dāng)電荷積累到一定程度后,在設(shè)備地與公共地之間的電位差可能引起劇烈的靜電放電,而成為破環(huán)性很強(qiáng)的騷擾源。
一個(gè)折衷方案是在浮地與公共地之間跨接一個(gè)阻值很大的泄放電阻,用以釋放所積累的電荷。
注意控制釋放電阻的阻抗,太低的電阻會(huì)影響設(shè)備泄漏電流的合格性。
2)混合接地
混合接地使接地系統(tǒng)在低頻和高頻時(shí)呈現(xiàn)不同的特性,這在寬帶敏感電路中是必要的。
電容對(duì)低頻和直流有較高的阻抗,因此能夠避免兩模塊之間的地環(huán)路形成。
當(dāng)將直流地和射頻地分開時(shí),將每個(gè)子系統(tǒng)的直流地通過(guò)10～100nF的電容器接到射頻地上,這兩種地應(yīng)在一點(diǎn)有低阻抗連接起來(lái),連接點(diǎn)應(yīng)選在最高翻轉(zhuǎn)速度(di/dt)信號(hào)存在的點(diǎn)。
3.2.2 設(shè)備接大地
在工程實(shí)踐中,除認(rèn)真考慮設(shè)備內(nèi)部的信號(hào)接地外,通常還將設(shè)備的信號(hào)地,機(jī)殼與大地連在一起,以大地作為設(shè)備的接地參考點(diǎn)。
設(shè)備接大地的目的是:
1)保證設(shè)備操作人員人身的安全。
2)泄放機(jī)箱上所積累的電荷,避免電荷積累使機(jī)箱電位升高,造成電路工作的不穩(wěn)定。
3)避免設(shè)備在外界電磁環(huán)境的作用下使設(shè)備對(duì)大地的電位發(fā)生變化,造成設(shè)備工作的不穩(wěn)定。
由此可見(jiàn),設(shè)備接大地除了是對(duì)人員安全、設(shè)備安全的考慮外,也是抑制騷擾發(fā)生的重要手段。
3. 屏蔽
抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的騷擾輻射的有效方法是屏蔽,即用電導(dǎo)率良好的材料對(duì)電場(chǎng)屏蔽,用磁導(dǎo)率高的材料對(duì)磁場(chǎng)屏蔽。
為了防止脈沖變壓器的磁場(chǎng)泄露,可利用閉合環(huán)形成磁屏蔽,另外,還要對(duì)整個(gè)開關(guān)電源進(jìn)行電場(chǎng)屏蔽。
屏蔽應(yīng)考慮散熱和通風(fēng)問(wèn)題,屏蔽外殼上的通風(fēng)孔最好為圓形多孔,在滿足通風(fēng)的條件下,孔的數(shù)量可以多,每個(gè)孔的尺寸要盡可能小。
接縫處要焊接,以保證電磁的連續(xù)性,如果采用螺釘固定,注意螺釘間距要短。
屏蔽外殼的引入、引出線處要采取濾波措施,否則,這些會(huì)成為騷擾發(fā)射天線,嚴(yán)重降低屏蔽外殼的屏蔽效果。
若用電場(chǎng)屏蔽,屏蔽外殼一定要接地,否則,將起不到屏蔽效果;若用磁場(chǎng)屏蔽,屏蔽外殼則不需接地。
對(duì)非嵌入的外置式開關(guān)電源的外殼一定要進(jìn)行電場(chǎng)屏蔽,否則,很難通過(guò)輻射騷擾測(cè)試。
4. 濾波
電源濾波器安裝在電源線與電子設(shè)備之間,用于抑制電源線引出的傳導(dǎo)騷擾,又可以降低從電網(wǎng)引入的傳導(dǎo)騷擾。
對(duì)提高設(shè)備的可靠性有重要的作用。
開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁騷擾以傳導(dǎo)騷擾為主,而傳導(dǎo)騷擾又分差模騷擾和共模干擾兩種。
通常共模騷擾要比差模騷擾產(chǎn)生更大的輻射型EMD。
目前抑制傳導(dǎo)EMD最有效的方法是利用無(wú)源濾波技術(shù)。
如圖4,為共模與差模噪聲對(duì)比(紅色為共模噪聲,藍(lán)色為差模噪聲)。
作為一種雙端口網(wǎng)絡(luò)EMD濾波器,它對(duì)騷擾的抑制性能不僅取決于濾波器本身的拓?fù)?而且在很大程度上也受EMD濾波器輸入、輸出阻抗值的影響。
由于EMD濾波器阻抗和負(fù)載阻抗的可變動(dòng)性以及它們可能直接與電網(wǎng)相連的特點(diǎn),電源EMD濾波器的輸入、輸出阻抗不但不匹配而且常常是末知的。
這就造成了EMD濾波器設(shè)計(jì)不能完全應(yīng)用成熟的通信用濾波器的設(shè)計(jì)方法和理論。
這是電源波波器設(shè)計(jì)面臨的主要問(wèn)題。
5.元器件布局及印制電路板布線
開關(guān)電源的輻射騷擾與電流通路中的電流大小,通路的環(huán)路面積,以及電流頻率的平方等三者的乘積成正比,即輻射騷擾E∝IAf2。
運(yùn)用這一關(guān)系的前提是通路尺寸遠(yuǎn)小于頻率的波長(zhǎng)。
上述關(guān)系式表明減小通路面積是減小輻射騷擾的關(guān)鍵,這是說(shuō)開關(guān)電源的元器件要彼此緊密排列。
在初級(jí)電路中,要求輸入端電容、晶體管和變壓器彼此靠近,且布線緊湊;在次級(jí)電路中,要求二極管、變壓器和輸出端電容彼此貼近。
在印制板上,將正負(fù)載流導(dǎo)線分別布在印制板的兩面,并設(shè)法使兩個(gè)載流導(dǎo)體彼此間保持平行,因?yàn)槠叫芯o靠的正負(fù)載流導(dǎo)體所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)是趨向于相互抵消的。
布線間的電磁耦合是通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)進(jìn)行的,因此在布線時(shí),應(yīng)注意對(duì)電場(chǎng)與磁場(chǎng)耦合的抑制。
對(duì)電場(chǎng)的抑制方法有:
1)盡量增大線間距離,使電容耦合為最小;
2)采用靜電屏蔽,屏蔽層要接地;
3)降低敏感線路的輸入阻抗。
對(duì)磁場(chǎng)的抑制方法有:
1)減小騷擾源和敏感電路的環(huán)路面積;
2)增大線間距離,使耦合騷擾源與敏感電路間的互感盡可能地小;
3)最好使騷擾源與敏感電路呈直角布線,以便大大降低線路間耦合。
結(jié)論
開關(guān)電源電磁兼容設(shè)計(jì)的目的是使產(chǎn)品在一定的電磁環(huán)境下正常工作,也就是說(shuō),電源產(chǎn)品應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗擾度極限值要求,在受到一定的電磁騷擾時(shí),無(wú)性能的下降或故障;同時(shí),電源產(chǎn)品滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電磁極限值要求,對(duì)電磁環(huán)境不構(gòu)成污染源,而實(shí)現(xiàn)電磁兼容。
電磁兼容數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)【3】
摘 要： 針對(duì)電磁兼容測(cè)試以及系統(tǒng)間預(yù)測(cè)的現(xiàn)實(shí)需求，詳細(xì)討論了電磁兼容數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、要素設(shè)計(jì)以及接口設(shè)計(jì)等內(nèi)容。
整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了三層體系架構(gòu)，通過(guò)應(yīng)用COM組件技術(shù)可以增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。
通過(guò)區(qū)分預(yù)測(cè)子數(shù)據(jù)庫(kù)與測(cè)試子數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，可以較完備地滿足電磁兼容在試驗(yàn)以及預(yù)測(cè)方面對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求。
此項(xiàng)工作的開展對(duì)于同類型數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)以及相關(guān)科研工作的開展都有極強(qiáng)的促進(jìn)作用。
關(guān)鍵詞： 系統(tǒng)間電磁兼容; 預(yù)測(cè); 數(shù)據(jù)庫(kù); COM組件技術(shù)
Abstract： According to the current demands of inter?system EMC prediction and EMC test， the design schemes of structure， major factors and interface for EMC database are described in detail.
Three?layer system architecture was designed for the whole EMC database system. COM component technology can improve the stability and scalability of the whole system， and satisfy the needs of EMC to data storage in the process of test and prediction. This work has a great promotion for the design of same type databases and relevant researches.
Keywords： inter?system EMC; prediction; database; COM component technology
隨著電磁輻射源數(shù)量的迅速增長(zhǎng)，若干用頻設(shè)備往往會(huì)密集布置于一個(gè)狹小的區(qū)域內(nèi)，使得整個(gè)區(qū)域的電磁環(huán)境異常惡劣，進(jìn)而出現(xiàn)某些用頻設(shè)備工作異常的情況[1?2]，比如接收機(jī)噪聲電平增大，數(shù)據(jù)誤碼率上升和通信不暢，發(fā)射機(jī)輸出電平不穩(wěn)，工作頻點(diǎn)漂移等[3?4]。
鑒于實(shí)際工程的迫切需求，急需開展針對(duì)系統(tǒng)間的電磁兼容性研究，而構(gòu)建電磁兼容數(shù)據(jù)庫(kù)是突破此類課題研究的關(guān)鍵性基礎(chǔ)工程[5?7]。
本項(xiàng)目主要依據(jù)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的電磁兼容性試驗(yàn)項(xiàng)目[8?9]，設(shè)計(jì)電磁兼容數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)體要素，通過(guò)實(shí)際測(cè)試掌握特定背景環(huán)境下，用頻設(shè)備的電磁發(fā)射特性以及電磁敏感度。
針對(duì)后期EMC預(yù)測(cè)對(duì)真實(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)的具體需求，進(jìn)一步豐富電磁兼容數(shù)據(jù)的要素設(shè)計(jì)。
通過(guò)本項(xiàng)工作的扎實(shí)開展，有望進(jìn)一步推動(dòng)系統(tǒng)間電磁兼容測(cè)試與預(yù)測(cè)分析的發(fā)展。
1 數(shù)據(jù)庫(kù)要素設(shè)計(jì)
1.1 數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成
依據(jù)電磁兼容數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)目的，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)有“測(cè)試數(shù)據(jù)子庫(kù)”、“預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)子庫(kù)”、“數(shù)據(jù)庫(kù)管理”和“輔助功能”等四部分內(nèi)容。
“測(cè)試數(shù)據(jù)子庫(kù)”包括測(cè)試管理模塊與數(shù)據(jù)上傳模塊，具體包含測(cè)試人員管理、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)管理、測(cè)試項(xiàng)管理、測(cè)試設(shè)備管理、EUT管理、環(huán)境數(shù)據(jù)管理以及部門測(cè)試數(shù)據(jù)和其他測(cè)試數(shù)據(jù)等。
“預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)子庫(kù)”依據(jù)敏感度管理模塊與發(fā)射參數(shù)管理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能區(qū)分，為方便后續(xù)數(shù)據(jù)調(diào)用、查詢，對(duì)用頻裝備的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論模型數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的區(qū)別管理。
為了保證數(shù)據(jù)庫(kù)的正常運(yùn)行，還針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用與管理，開發(fā)“數(shù)據(jù)庫(kù)管理”和“輔助”項(xiàng)。
數(shù)據(jù)庫(kù)管理包含安全查詢，數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)記錄以及數(shù)據(jù)備份等功能。
“輔助”則設(shè)計(jì)有用戶手冊(cè)、統(tǒng)計(jì)查詢、綜合報(bào)表和數(shù)據(jù)處理等功能。
如圖1所示。
1.2 測(cè)試數(shù)據(jù)子庫(kù)
測(cè)試數(shù)據(jù)子庫(kù)是整個(gè)電磁兼容數(shù)據(jù)庫(kù)的主要組成部分，占用了數(shù)據(jù)庫(kù)的大量設(shè)計(jì)任務(wù)，其組成框圖如圖2所示。
整個(gè)測(cè)試子庫(kù)的設(shè)計(jì)依據(jù)是GJB1389A[8]及GJB151B[9]的測(cè)試項(xiàng)。
數(shù)據(jù)子庫(kù)除了記錄試驗(yàn)產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)外，還記錄了試驗(yàn)過(guò)程中用到的測(cè)試設(shè)備、備件等。
包括各種儀器的基本資料，如設(shè)備名稱、型號(hào)、生產(chǎn)廠商等，以及對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理所需要的各種儀器參數(shù)，如天線系數(shù)、電纜衰減和各種轉(zhuǎn)接頭帶來(lái)的衰減。
同時(shí)，該數(shù)據(jù)子庫(kù)還設(shè)計(jì)有對(duì)試驗(yàn)時(shí)的電磁環(huán)境記錄的功能。
1.3 預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)子庫(kù)
電磁兼容性預(yù)測(cè)在工業(yè)設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)應(yīng)用中扮演越來(lái)越重要的角色[10]，該預(yù)測(cè)過(guò)程主要依據(jù)電磁兼容三要素進(jìn)行：發(fā)射、接收以及耦合通道。
耦合通道的研究主要依據(jù)電磁仿真計(jì)算完成[11]，而發(fā)射與接收則可以通過(guò)大量的測(cè)試建立數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)支撐電磁兼容的預(yù)測(cè)。
預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)子庫(kù)的設(shè)計(jì)主要是為將來(lái)電磁兼容預(yù)測(cè)提供原始的數(shù)據(jù)支撐。
在數(shù)據(jù)庫(kù)該項(xiàng)功能的設(shè)計(jì)下，通過(guò)平時(shí)電磁兼容測(cè)試進(jìn)行數(shù)據(jù)資源深度積累，更進(jìn)一步掌握用頻裝備的發(fā)射特性以及在復(fù)雜電磁環(huán)境下的適應(yīng)能力。
依據(jù)數(shù)據(jù)描述內(nèi)容的不同，可將該庫(kù)劃分為敏感管理模塊與發(fā)射參數(shù)管理模塊兩大部分，如圖3所示。
依據(jù)數(shù)據(jù)的來(lái)源不同，又可以將該數(shù)據(jù)分為測(cè)試數(shù)據(jù)與理論模型兩大類。
在后續(xù)應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)以實(shí)際測(cè)試參數(shù)為主，在沒(méi)有測(cè)試數(shù)據(jù)支撐的前提下，可以采用理論模型數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充[12?14]。
1.4 數(shù)據(jù)庫(kù)管理
在電磁兼容測(cè)試過(guò)程中，需要頻繁地進(jìn)行數(shù)據(jù)操作，要求數(shù)據(jù)庫(kù)具備參數(shù)修改、添加設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)曲線的維護(hù)、數(shù)據(jù)查詢等功能。
為防止數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)被隨意修改，設(shè)定普通用戶身份登陸的用戶只能查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)管理員身份登陸的用戶才能對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行修改、添加和刪除等操作。
系統(tǒng)管理員可添加新的用戶，并指定用戶的類型。
1.5 數(shù)據(jù)庫(kù)輔助功能
數(shù)據(jù)庫(kù)的輔助功能主要包括軟件的使用手冊(cè)以及相關(guān)數(shù)據(jù)處理的輔助函數(shù)等。
主要包括測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)圖形化顯示、完成EMC測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)入庫(kù)以及依據(jù)獲取的試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)生成試驗(yàn)報(bào)表等。
2 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了便于操作使用以及保證數(shù)據(jù)的相對(duì)獨(dú)立性，數(shù)據(jù)庫(kù)擬采用物理層、服務(wù)層、應(yīng)用層三層體系架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)的變化不會(huì)對(duì)應(yīng)用程序以及用戶原有使用造成影響。
應(yīng)用層主要完成友善用戶界面設(shè)計(jì)，完成最終用戶與原始數(shù)據(jù)之間的交互管理。
其功能主要包括數(shù)據(jù)錄入，數(shù)據(jù)圖形化展示等。
物理層主要起數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的作用，存儲(chǔ)各類實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)以及相關(guān)理論模型。
數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)轉(zhuǎn)內(nèi)核為服務(wù)層，通過(guò)應(yīng)用COM組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)為多個(gè)相互獨(dú)立的功能模塊，起到物理層與應(yīng)用層橋梁的作用[15]。
這種分層設(shè)計(jì)可以增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性，如圖4所示。
3 接口設(shè)計(jì)
整個(gè)系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)主要考慮數(shù)據(jù)接口、Web接口和人機(jī)交互接口三大類，如圖5所示。
3.1 數(shù)據(jù)接口
本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口主要指數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊與數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)模塊之間的接口，但同時(shí)也應(yīng)該保證Web接口的設(shè)計(jì)。
數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊與數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)模塊之間的接口是通過(guò)應(yīng)用COM組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
這種分層設(shè)計(jì)增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。
3.2 Web接口
數(shù)據(jù)庫(kù)的管理模塊安裝Web瀏覽器，設(shè)計(jì)與開發(fā)人員可以通過(guò)Web網(wǎng)頁(yè)服務(wù)，對(duì)存儲(chǔ)在資源數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)模塊中的各類資源進(jìn)行查詢、下載、上傳和調(diào)閱等。
包括與任務(wù)相關(guān)的評(píng)估、報(bào)表生成和各類繪圖操作。
為保證信息安全以及敏感數(shù)據(jù)的保密要求，通過(guò)Web接口訪問(wèn)涉密信息和資源時(shí)必須進(jìn)行嚴(yán)格的用戶權(quán)限審核。
另外數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)模塊提供Web Services客戶端接口API函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)異地對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)信息的快速準(zhǔn)確查詢。
另外，數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)模塊提供支持本地對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)信息進(jìn)行快速準(zhǔn)確查詢的客戶端接口API函數(shù)，該API函數(shù)支持后續(xù)的封裝操作，即可以方便嵌入后期二次開發(fā)程序中，支持二次開發(fā)程序的使用。
3.3 人機(jī)交互接口
人機(jī)交互接口主要設(shè)計(jì)在數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊層面，主要用于保證使用人員、設(shè)計(jì)與開發(fā)人員、運(yùn)行管理人員進(jìn)行人機(jī)交互。
4 結(jié) 語(yǔ)
本文詳細(xì)論述了可應(yīng)用于電磁兼容測(cè)試以及系統(tǒng)間電磁兼容預(yù)測(cè)的電磁兼容數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。
通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的頂層設(shè)計(jì)，在保證電磁兼容試驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的同時(shí)，依據(jù)電磁兼容預(yù)測(cè)需求，補(bǔ)充完善數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)要素，基本滿足后期電磁兼容預(yù)測(cè)的現(xiàn)實(shí)需求。
在數(shù)據(jù)庫(kù)輔助功能中設(shè)計(jì)有電磁兼容自動(dòng)測(cè)試功能，但是針對(duì)不同的測(cè)試儀器，其驅(qū)動(dòng)模塊不同，因此要開發(fā)完備的電磁兼容自動(dòng)測(cè)試功能，還需進(jìn)一步開發(fā)通用測(cè)試儀器的驅(qū)動(dòng)庫(kù)，并提供簡(jiǎn)單易用的輔助程序調(diào)用，以便測(cè)試人員使用，這些工作都有待于后續(xù)進(jìn)一步深度開發(fā)。
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