EMC案例分析

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EMC案例分析 EMC案例分析

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赛盛技术--您身边的 EMC 技术专家 深圳市赛盛技术有限公司 网址:www..ses-tech.com 邮箱:51emc@163.com 版权所有,未经本编辑部书面同意,不许以任何形式传播 电话: 0755-26532650 共 17 页 第 1 页 赛盛技术--您身边的 EMC 技术专家 深圳市赛盛技术有限公司 网址:www..ses-tech.com 邮箱:51emc@163.com 版权所有,未经本编辑部书面同意,不许以任何形式传播 电话: 0755-26532650 共 17 页 第 2 页 行业动态 赛盛技术--您身边的 EMC 技术专家 (赛盛技术经过 2 年多的研发,终于推出了首款结合产品研发的 EMC 专家平台 软件;为了更好的介绍此软件的功能和应用,从本期内容开始,后续会以连载的方 面进行详细介绍说明。) 电磁兼容专家平台(二) EMC 已经成为了产品的一个技术要求,更成为了企业产品开发的一个技术壁垒。 只是产品中有电子电路,就必然存在 EMC 问题;所以说 EMC 是无处不在的,是绝 大多数企业必须面对的问题,区别只在于对 EMC 要求的高低。 赛盛技术调查了上百家客户,通过总结分析;发现企业面临的 EMC 现状,主要 有以下几点: 一、激烈的产品竞争要求企业开发的产品有更高的品质 现如今,EMC 已经成为了衡量产品品质好坏的主要技术指标。EMC 技术要求越 来越严格,越来越规范;EMC 认证和认知度也会越来越广。高品质的产品必然有高 要求的 EMC,使得 EMC 问题已经成为了企业沉重的技术负担。 二、快速的市场变化要求企业有更快的产品开发效率 随着 EMC 重视度的提升,企业更加的关注 EMC 问题, EMC 也必然成了产品 开发的重要一环。高效解决 EMC 问题成了企业产品上市,抢占市场的拦路虎;造成 产品推迟上市时间,从而降低了企业竞争力。 三、高规格的 EMC 认证和 EMC 技术要求企业有更高的产品开发能力 不断发展的新技术、新材料、新工艺、新元器件等,以及产品的 EMC 设计规则、 解决方案在不断更新和 EMC 认证越发严格,解决 EMC 问题成为了企业研发团队的 必备能力,导致企业增加很大的物力、人力成本,往往收益小于投入。 深圳市赛盛技术有限公司 网址:www..ses-tech.com 邮箱:51emc@163.com 版权所有,未经本编辑部书面同意,不许以任何形式传播 电话: 0755-26532650 共 17 页 第 3 页 赛盛技术--您身边的 EMC 技术专家 四、规范化的企业文化要求有更高效的产品开发流程 一个产品良好的 EMC 品质是靠设计出来的;企业在对待 EMC 问题时,不能 等到出现了问题,为了解决问题而解决。EMC 设计要严格的参照产品研发流程同步 进行,不能无头绪,无流程,无管控的开展 EMC 设计。 从企业面临的 EMC 现状分析,不难看出企业需要一个怎样的 EMC 解决方案? 1、如何快速高效的解决 EMC 问题?投入成本低,解决问题周期短;不用为了 解决产品 EMC 问题,不断的进行测试验证,反复的进行改版设计; 2、如何提升开发团队的研发能力?人员素质不再参差不齐,有很好的技术梯队 培养;产品设计能力不再因人而异,有良好的设计规范指导,标准化设计文档; 3、如何提升设计人员的技术水平?人员 EMC 知识储备全面,解决 EMC 问题不 再光靠设计人员各自的工作经验; 4、如何建立产品设计 EMC 同步流程?EMC 设计参透到开发过程中各个阶段(总 体方案阶段、设计阶段、测试阶段、认证阶段等),解决产品开发各个阶段所面临的 EMC 问题; 5、如何建立公司的 EMC 技术库?产品 EMC 技术文献和多年积累的开发经验能 良好的共享并消化;将公司无形的技术经验转化为有形的产品开发技术要求。 备注:作为立志于“做您身边的 EMC 专家”的赛盛技术,面对电子行业所面对 的 EMC 问题,积极探索问题,提出了基于计算机技术的电磁兼容专家平台,从根本 上来解决问题。下期将重点介绍赛盛技术解决方案的总体思路和内容架构,以及实 施解决方案后的收益。 深圳市赛盛技术有限公司 网址:www..ses-tech.com 邮箱:51emc@163.com 版权所有,未经本编辑部书面同意,不许以任何形式传播 电话: 0755-26532650 共 17 页 第 4 页 EMC 知识 赛盛技术--您身边的 EMC 技术专家 (为了更加系统性的介绍 EMC 器件的应用说明,赛盛技术结合元器件特性和工 程应用案例,在本期刊中以连载的形式进行介绍器件应用。本期介绍防护器件中的 压敏电阻,下期介绍 TVS 管的应用,敬请关注。) 压敏电阻(MOV)EMC 应用介绍 一、介绍 压敏电阻是一种伏安特性呈非线性的电压敏感元件,在正常电压下相当于一个小电容,当电 路出现过电压时,它的內阻急剧下降并迅速导通,其工作电流增大几个数量级,通过串接在电路 的“电阻压降”而维持原电压, 压敏电阻与电路是并联使用,从而保护电路不受过电压的影响而 损坏。 压敏电阻是在一定电流电压范围内电阻值随电压而变,或者是说“电阻值对电压敏感”的阻 器。它是一种新型过压保护元件。氧化锌压敏电阻也称为“突波吸收器”是一种具有电压电流对 称特性的电压属性电阻器,它主要的设计是用来保护电子产品或元件免受开关或雷击诱发所产生 突波的影响。 二、技术参数 1) 压敏电压 V:加在压敏电阻两级的击穿电压; 2) 有效工作电压 VRMS :应用在电路上允许长时间加在器件两端的有效交流工作电压; 3) 直流工作电压 VDC :应用在电路上允许长时间加在器件两端的有效直流工作电压; 4) 最大通流量 Imax :是指在规定的条件(规定的时间间隔和次数,施加标准的冲击电流)下, 允许通过器件的最大电流。 5) 最大箝位电压 VCmax :器件两端导通后的器件两级最高电压,通常也叫残压。 6) 静态电容量:指器件本身固有的电容,也叫结电容。 7) 工作温度范围:保证器件特性在正常范围内的工作温度; 深圳市赛盛技术有限公司 网址:www..ses-tech.com 邮箱:51emc@163.com 版权所有,未经本编辑部书面同意,不许以任何形式传播 电话: 0755-26532650 共 17 页 第 5 页 赛盛技术--您身边的 EMC 技术专家 8) 精度范围:指器件标称的压敏电压上下浮动的精度。 四、选项要点  防护设计是要求器件最大通流量 Imax 为理论计算通流量的 2 倍以上,以便增加器件的使用寿 命,即: Imax  I工作 * 2 ;  通流量不能满足使用要求时,可将几只单个的压敏电阻并联使用,其通流量为各单只压敏电 阻数值之和。要求并联的压敏电阻伏安特性尽量相同,否则易引起分流不匀而损坏压敏电阻, 这种方法可以使用,但是不推荐使用;  由于压敏电阻在抑制暂态过电压时能量超过其额定容量时一旦击穿短路是不可恢复的,必须 更换,因此在应用到电源电路上前面必须加装保险丝。  压敏电阻用于电源口线对地进行共模防护时,需要在线地之间增加保险丝,防止器件失效导 致电源对地短路,或者压敏电阻配合气体放电管对地使用;  压敏电阻都具有最高量级的 ESD 防护能力:一般空气放电可以达到 15kV,接触放电可以达 到 8kV;  由于压敏电阻结电容较大,在信号接口设计时需要考虑对工作信号的衰减;  压敏电阻使用时需要考虑残压大小是后级电路可以承受;  对于电源电路上应用的压敏电阻的选型除了需要注意选择通流量需要有一定余量设计以外, 还得考虑电源电路平时正常工作时的电压波动可能会导致的压敏电阻误动作,因此在选型时 压敏电压的选择需要大于电路的最大波动电压;  相同技术参数的器件由于是不同的厂家之间质量控制之间有些差异,因此会导致器件之间的 寿命差异性,在设计选型过程中需要选择一些较大品牌的厂家。 五、典型应用举例 某 110VDC 电源输入接口,需要进行系统放浪涌设计,其中接口浪涌测试波形为 1.2/50(8/20)µs 混合波,要求共模 2000V,差模 1000V 防护量级,电源接口原理图设计如下: 深圳市赛盛技术有限公司 网址:www..ses-tech.com 邮箱:51emc@163.com 版权所有,未经本编辑部书面同意,不许以任何形式传播 电话: 0755-26532650 共 17 页 第 6 页 赛盛技术--您身边的 EMC 技术专家 图 1 电路原理图 压敏电阻选型过程: 1、确定应用电路正常工作电压和压敏电压: 电 源 电 路 输 入 电 压 为 110V DC , 按 照 压 敏 电 压 = 直 流 工 作 电 压 * 1.5 , 即 : V  V工作 *1.414 *1.5 110 *1.5 165V ; 2、确定被保护电路的防护量级和通流量: 电路防护测试波形为 1.2/50(8/20)µs 混合波,测试量级要求:共模 2000V,差模 1000V; 因此压敏电阻通流量计算如下: 电源电路差模防护:电源接口差模防护量级需要达到 V测试  1000V ,那么根据回路内阻 R内阻 为 2Ω,计算回路电流 I工作  V测试 / R内阻  1000 / 2  500A ,器件通流量选择要求 Imax  I工作 * 2  1000A ; 电源电路共模防护:电源接口共模防护量级需要达到 V测试  2000V ,那么根据回路内阻 R内阻 为 12Ω,计算回路电流为 I工作  V测试 / R内阻  2000 /12  167A ,器件通流量选择要 求 Imax  I工作 * 2  334A ;共模防护和差模防护的压敏电阻通流量两者可以选择其较大者 作为统一参考型号。 3、确定压敏电阻两端的结电容 由于是电源电路,因此对于压敏电阻的结电容没有特别要求,而其本身对地串了气体放 电管,因此漏电流这方面可以满足要求。最后确定压敏电阻需要满足如下技术规格: 压敏电压 V  165V Imax  1000A 。 深圳市赛盛技术有限公司 网址:www..ses-tech.com 邮箱:51emc@163.com 版权所有,未经本编辑部书面同意,不许以任何形式传播 电话: 0755-26532650 共 17 页 第 7 页 案例分析 赛盛技术--您身边的 EMC 技术专家 某车载播放器 RE/ESD 整改 一、产品描述 某车载播放器主要实现 MP3 播放、收音机播放的功能。播放器采用 DC24V 输入,对外有四 组音频功放输出。 二、测试数据 1) 对金属外壳接触放电 8KV、空气放电 15KV 的时候会造成播放器静音和死机的现象。 2) 辐射测试,在 FM 模式下测试 30-200MHZ 频段超标。 深圳市赛盛技术有限公司 网址:www..ses-tech.com 邮箱:51emc@163.com 版权所有,未经本编辑部书面同意,不许以任何形式传播 电话: 0755-26532650 共 17 页 第 8 页 赛盛技术--您身边的 EMC 技术专家 三、产品分析 1) 播放器的结构搭接不是很好,PCB 板的工作地和主板直接连接,测试静电时候静电的时 候,干扰容易直接释放到主板地上,造成对整机的干扰。 2) 电源端口缺少共模滤波,容易造成对外辐射。 深圳市赛盛技术有限公司 网址:www..ses-tech.com 邮箱:51emc@163.com 版权所有,未经本编辑部书面同意,不许以任何形式传播 电话: 0755-26532650 共 17 页 第 9 页 赛盛技术--您身边的 EMC 技术专家 3) 主控芯片的 3.3v 电源没有滤波,芯片容易受干扰,USB、晶振、SD 卡没有滤波防护, 容易遭受静电的干扰。 4) 12M 晶振为强干扰源,没有滤波电路。 深圳市赛盛技术有限公司 网址:www..ses-tech.com 邮箱:51emc@163.com 版权所有,未经本编辑部书面同意,不许以任何形式传播 电话: 0755-26532650 共 17 页 第 10 页 赛盛技术--您身边的 EMC 技术专家 5) LCD 接口没有滤波,容易造成对外辐射。 6) 功放电路电源没有高频滤波,测试静电容易造成静音。 深圳市赛盛技术有限公司 网址:www..ses-tech.com 邮箱:51emc@163.com 版权所有,未经本编辑部书面同意,不许以任何形式传播 电话: 0755-26532650 共 17 页 第 11 页 赛盛技术--您身边的 EMC 技术专家 7) PCB 为两层板,很多信号走线都没有伴地,造成信号环路较大,容易耦合静电干扰和对 外辐射。 四、整改方案 1) PCB 的数字地与螺丝孔采用 102 电容连接,对静电干扰即有隔离作用,也有释放途径。 2) 电源接口增加共模滤波、电容滤波。 3) 对 CPU 的电源增加多个 102 电容,电源管脚少的话,最好保证每个个引脚有一个电容 滤波。 4) 晶振增加滤波电路。 深圳市赛盛技术有限公司 网址:www..ses-tech.com 邮箱:51emc@163.com 版权所有,未经本编辑部书面同意,不许以任何形式传播 电话: 0755-26532650 共 17 页 第 12 页 赛盛技术--您身边的 EMC 技术专家 5) PCB 板改为 4 层板结构,具体分层为 S1-G-P-S2。G 为一个完整的地层。S1、S2 为两个主 要的布线层。对敏感信号 clk、RST 信号需要包地、伴地处理。 五、测试结果 对于改版后的样机进行最终验证,接触放电达到 8KV、空气放电达到 15KV,测试通过。 深圳市赛盛技术有限公司 网址:www..ses-tech.com 邮箱:51emc@163.com 版权所有,未经本编辑部书面同意,不许以任何形式传播 电话: 0755-26532650 共 17 页 第 13 页 赛盛技术--您身边的 EMC 技术专家 六、案例总结 1) 静电干扰主要是共模干扰,尽量是静电干扰最短的路径释放到地。接触放电是将干扰直 接释放到产品上,主要采用泄放的方式防护。泄放是以最近的途径将静电干扰泄放到地, 防止后级的干扰。防护的器件主要有 TVS 管、电容、磁珠等。 2) 对于空气放电,造成干扰的主要是间接放电与空间场的干扰。对于间接放电主要的措施 有隔离的方式与泄放的方式防护。隔离是增加放电点的距离和绝缘性,以至于产品没有 释放点。空间场的干扰,是比较严重的静电干扰。主要和 PCB 板的设计,PCB 板层分布、 电源和地的设计都有很大的关系。 3) 对于辐射项目的整改,注意接口的滤波处理,和强干扰源的滤波。PCB 方面注意环路的 控制,尽量不要跨分割走线。 深圳市赛盛技术有限公司 网址:www..ses-tech.com 邮箱:51emc@163.com 版权所有,未经本编辑部书面同意,不许以任何形式传播 电话: 0755-26532650 共 17 页 第 14 页 看图说 EMC 赛盛技术--您身边的 EMC 技术专家 某产品是一款数码产品,其在进行 EN55022 Class B 辐射测试时出现超标, 且超标频点 214MHz 杂讯是从电源接口和 USB 信号接口辐射出来,经定位分析发 现是同步降压型开关稳压控制器引起的。 干扰经走线通过光耦器件 U1 时本可以被其隔离,不会从 USB 接口辐射出来, 但是由于光耦隔离器件的参考地未做分地处理,导致杂讯从 GND 耦合过来,故 光耦器件需要在输入与输出电路之间做分地处理。 深圳市赛盛技术有限公司 网址:www..ses-tech.com 邮箱:51emc@163.com 版权所有,未经本编辑部书面同意,不许以任何形式传播 电话: 0755-26532650 共 17 页 第 15 页 问题解答 赛盛技术--您身边的 EMC 技术专家 1. 为什么选用电源线滤波器时,不能一味追求体积小巧? 答:滤波器的体积主要由滤波器电路中的电感决定,较小的滤波器内的电感体积必 须较小,这样电感量可能较小,会导致滤波器的低频滤波性能较差。另外,滤波器 的体积较小,必须要求内部器件相互靠得很近,这样会降低滤波器的高频性能。 2. 为什么数字电路的地线和电源线上经常会有很大的噪声电压?怎样减小这些噪声 电压? 答:数字电路工作时会瞬间吸取很大的电流,这些瞬变电流流过电源线和地线时, 由于电源线和地线电感的存在,会产生较大的反冲电压,这就是观察到的噪声电压。 减小这些噪声电压的方法一是减小电源线和地线的电感,如使用网格地、地线面、 电源线面等,另一个方法是在电源线上使用适当的解耦电容(储能电容)。 3. 铁氧体磁环是抑制电缆共模辐射的有效器件,在使用时要注意什么问题? 答:首先要选择抑制电磁干扰用的铁氧体材料,其次,磁环的内径要尽量小,紧紧 包住电缆,铁氧体磁环的外径和长度尽量大(在满足空间要求的条件下)。将电缆在 磁环上绕多匝,可以提高低频的效果,但高频的效果会变差。铁氧体磁环的安装位 置要靠近电缆的两端。 4. 瞬态干扰抑制器件为什么不能代替滤波器,防止电路工作异常? 答:瞬态干扰抑制器件只是将幅度很高的脉冲电压顶部削去,残留的仍是一个脉冲 干扰电压,只是幅度低些,其中包含了大量的高频成分,会对电路造成影响,因此 不能代替滤波器防止电路工作异常。 深圳市赛盛技术有限公司 网址:www..ses-tech.com 邮箱:51emc@163.com 版权所有,未经本编辑部书面同意,不许以任何形式传播 电话: 0755-26532650 共 17 页 第 16 页 赛盛技术--您身边的 EMC 技术专家 深圳市赛盛技术有限公司 网址:www..ses-tech.com 邮箱:51emc@163.com 版权所有,未经本编辑部书面同意,不许以任何形式传播 电话: 0755-26532650 共 17 页 第 17 页

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