电磁兼容（EMC）技术及应用实例详解

电磁兼容（EMC）技术及应用实例详解
作　者： 张亮 著
出版时间： 2014
内容简介
　　本书从产品的设计和试验两条主线出发，系统地讲解了电磁兼容设计这门新技术，以及电磁兼容的相关标准与实施。在入门篇中通过各种电磁兼容试验，介绍了国家现行标准的试验技术，使读者能够对电磁兼容技术有充分的认识；在提高篇中本着实用的目的深入浅出、循序渐进讲解了电磁兼容的各种技术手段，并且尽量避免了冗长的理论公式，使读者能够很轻松地掌握电磁兼容这门技术；最后，在精通篇中本书通过一系列实例深化并补充了对电磁兼容标准和技术的理解。
目 录
入 门 篇
第1章 电磁兼容（EMC）基础知识 3
1．1 EMC（电磁兼容）概念 3
1．2 各种各样的“干扰” 3
1．3 电磁兼容三要素 4
1．4 什么是分贝 5
1．5 天线 6
1．6 电磁兼容（EMC）相关标准 6
1．6．1 基础标准 7
1．6．2 通用标准 7
1．6．3 产品族标准 7
1．6．4 专用产品标准 7
1．6．5 电磁兼容标准的测试内容分类 8
1．6．6 电磁兼容的试验方法 8
1．7 电磁兼容试验概述 9
1．7．1 通用标准中各试验端口的骚扰标准 9
1．7．2 通用标准中的抗扰度标准 10
第2章 各试验项目详解 14
2．1 辐射发射（辐射骚扰）试验 14
2．1．1 试验目的 14
2．1．2 主要试验设备及必备条件 14
2．1．3 试验方法及试验配置 15
2．1．4 试验标准限值 17
2．2 传导骚扰测试 18
2．2．1 试验目的 18
2．2．2 主要试验设备及必备条件 18
2．2．3 试验方法及试验配置 18
2．2．4 试验标准限值 18
2．3 谐波电流测试 19
2．3．1 试验目的 19
2．3．2 主要试验设备及必备条件 20
2．3．3 试验方法及试验配置 20
2．3．4 试验标准限值 20
2．4 静电放电抗扰度试验 22
2．4．1 试验目的 22
2．4．2 主要试验设备及必备条件 22
2．4．3 试验方法及试验配置 23
2．4．4 试验等级 27
2．5 射频辐射电磁场抗扰度试验 27
2．5．1 试验目的 27
2．5．2 主要试验设备及必备条件 28
2．5．3 试验方法及试验配置 29
2．5．4 试验等级 31
2．5．5 GTEM小室 32
2．6 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 35
2．6．1 试验目的 35
2．6．2 主要试验设备及必备条件 35
2．6．3 试验方法及试验配置 37
2．6．4 试验等级 41
2．7 浪涌（冲击）抗扰度试验 41
2．7．1 试验目的 41
2．7．2 主要试验设备及必备条件 42
2．7．3 试验方法及试验配置 50
2．7．4 试验等级 54
2．8 射频场感应的传导骚扰抗扰度试验 54
2．8．1 试验目的 54
2．8．2 试验设备及必备条件 55
2．8．3 试验方法及试验配置 56
2．8．4 试验等级 58
2．9 电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度试验 58
2．9．1 试验目的 58
2．9．2 试验设备及必备条件 59
2．9．3 试验方法 62
2．9．4 试验等级 62
提 高 篇
第3章 接地设计 67
3．1 接地设计概述 67
3．2 安全地 67
3．3 信号地 69
3．4 地线阻抗问题 70
3．4．1 导线阻抗 70
3．4．2 信号回路阻抗 72
3．5 地线干扰的来源 73
3．6 地线环路干扰 74
3．6．1 地线环路干扰现象 74
3．6．2 地线环路问题的解决方案 76
3．7 地线公共阻抗干扰 80
3．7．1 地线公共阻抗干扰的原因 80
3．7．2 地线公共阻抗干扰的解决方案 81
3．8 地线设计原则 81
3．8．1 单点接地 81
3．8．2 多点接地 83
3．8．3 混合接地 83
3．9 电路板上的地线设计 84
第4章 电磁屏蔽 87
4．1 屏蔽效能 87
4．2 电场屏蔽 88
4．2．1 电场屏蔽原理 88
4．2．2 电场屏蔽的设计要点 89
4．3 磁场屏蔽 89
4．3．1 磁场屏蔽原理 90
4．3．2 磁场屏蔽的设计要点 90
4．4 电磁场屏蔽 91
4．5 机壳的屏蔽设计 91
4．5．1 孔洞泄漏 92
4．5．2 缝隙泄漏 93
4．5．3 孔缝处理 93
4．5．4 电磁密封垫使用指导 95
4．5．5 显示窗口的屏蔽设计 100
4．5．6 通风孔的设计 101
4．5．7 控制杆的设计 102
4．5．8 导电涂层 102
4．5．9 其他辅料 104
4．6 搭接 105
第5章 干扰滤波 108
5．1 干扰滤波的作用 108
5．1．1 辐射相关 108
5．1．2 电快速瞬变脉冲群试验 109
5．1．3 静电放电试验 110
5．2 干扰电流 111
5．2．1 共模干扰电流 111
5．2．2 差模干扰电流 112
5．3 设计电磁干扰滤波器 112
5．4 滤波器设计过程中的问题 116
5．5 滤波电容的选择 118
5．6 绕制电感 123
5．7 选择磁芯 125
5．8 电源线滤波器 126
5．9 电源线滤波器的设计及使用方法 129
5．9．1 器件的使用 129
5．9．2 元件布局 130
5．9．3 滤波器结构设计 131
5．9．4 滤波器的安装 132
5．9．5 滤波器的选用 133
5．10 信号线滤波器 135
5．11 插入增益 138
5．12 滤波器对脉冲干扰的抑制 139
第6章 电缆及连接器的设计 141
6．1 电缆的电磁辐射 141
6．2 电缆的电磁抗扰度问题 145
6．3 电缆的分布参数对电磁兼容的影响 147
6．4 电缆在产品中的位置与共模电流的关系 147
6．5 敏感电路及骚扰源的位置与产品共模电流的关系 148
6．6 电缆中共模电流的抑制 151
6．6．1 减小共模电压 152
6．6．2 增加共模回路阻抗 153
6．6．3 共模滤波 156
6．6．4 电缆屏蔽 156
6．6．5 平衡电路 161
6．7 电缆之间的串扰 162
6．7．1 电缆串扰机理 162
6．7．2 容性耦合的对策 164
6．7．3 互感耦合 165
6．7．4 各种电缆分类 169
6．8 电磁场对电缆的影响 170
第7章 瞬态干扰抑制器件 178
7．1 气体放电管 179
7．1．1 概述 179
7．1．2 内部结构 179
7．1．3 工作原理 180
7．1．4 主要参数 180
7．1．5 参数分析 181
7．1．6 应用 182
7．1．7 故障 185
7．2 金属氧化物压敏电阻 185
7．2．1 概述 185
7．2．2 内部结构 186
7．2．3 主要参数 187
7．2．4 应用原则 190
7．2．5 响应速度问题 190
7．2．6 故障模式 192
7．2．7 注意事项 192
7．3 硅瞬态电压抑制二极管 192
7．3．1 概述 192
7．3．2 工作原理 193
7．3．3 主要参数 193
7．3．4 注意事项 197
7．4 固体放电管 201
7．4．1 概述 201
7．4．2 工作原理 202
7．4．3 主要参数 203
7．4．4 应用说明 204
7．4．5 故障模式 205
7．5 组合式保护器 206
7．5．1 概述 206
7．5．2 工作原理 206
7．5．3 应用说明 207
7．6 设计举例 208
7．6．1 交流电源端口防雷和防浪涌电路设计 208
7．6．2 直流电源端口防雷和防浪涌电路设计 210
7．6．3 信号端口防雷和防浪涌电路设计 212
第8章 隔离变压器 215
8．1 概述 215
8．2 隔离变压器原理 215
8．3 带屏蔽隔离变压器 216
8．4 超级隔离变压器 217
8．5 实际安装 220
第9章 整机电路及电路板的设计 221
9．1 电源线及地线上的噪声 221
9．1．1 噪声的产生 221
9．1．2 抑制噪声的方法 222
9．2 电路板上的骚扰源 226
9．3 扩谱时钟 227
9．4 单层板和双层板的设计 230
9．4．1 单层板 230
9．4．2 双层板 230
9．4．3 电路板设计的一般规则 231
9．4．4 电路布局 231
9．4．5 布线 231
9．4．6 多层电路板 237
9．5 关于电路设计的建议 244
9．6 信号传输畸变及其解决方法 245
9．7 信号线滤波 247
9．7．1 概述 247
9．7．2 信号线EMC滤波线路举例 248
9．8 电路板互连电缆的设计 257
9．9 电路板及设备上的开关触点的处理 260
9．9．1 开关断开时瞬态骚扰形成的原理 260
9．9．2 开关切换瞬态干扰抑制 261
9．10 操作按钮与电子线路配合的问题 263
9．11 电路之间的耦合 264
9．12 电路板的局部屏蔽 265
9．13 从时序上降低电路受干扰的概率 266
9．14 软件抗扰措施 267
9．14．1 看门狗 268
9．14．2 其他措施 268
第10章 产品的电气设计和装配 269
10．1 电气设计的原则 269
10．2 元器件、电气配件的排布和安装 269
10．3 排布导线 271
10．3．1 排布导线注意事项 271
10．3．2 汇流排的设计安装 273
10．4 产品的安全性与可靠性 274
10．4．1 绝缘与耐压 274
10．4．2 电磁骚扰与防护 275
10．4．3 产品的可靠性 277
10．5 机柜间电缆的处理 277
第11章 电磁兼容故障的诊断及整改 279
11．1 产品电磁兼容定性 279
11．1．1 摸底试验配置 279
11．1．2 定性试验配置 280
11．2 产品电磁兼容故障的定位 281
11．2．1 故障判断 282
11．2．2 故障信号的测试 282
11．2．3 故障定位总结 283
11．2．4 故障排查举例（变频调速系统） 283
11．3 电磁兼容故障整改 287
11．3．1 辐射发射超标 287
11．3．2 传导发射超标 289
11．3．3 电源谐波发射超标 290
11．3．4 静电放电抗扰度不合格 291
11．3．5 射频电磁场辐射抗扰度不合格 296
11．3．6 电快速脉冲群抗扰度不合格 297
11．3．7 浪涌（冲击）抗扰度不合格 299
11．3．8 射频场感应传导抗扰度不合格 301
第12章 低压电器产品的电磁兼容问题 303
12．1 概述 303
12．2 国家标准中对低压电器电磁兼容的要求 305
12．2．1 GB/T14048―2006标准中对低压开关及控制设备的电磁兼容要求 306
12．2．2 GB18499―2008标准中对剩余电流动作保护器（RCD）的电磁兼容要求 310
12．3 低压电器产品的电磁兼容故障整改及电磁兼容设计举例 312
12．3．1 剩余电流动作保护器使用中的常见故障及整改 312
12．3．2 智能脱扣器的软硬件设计及抗扰措施 314
第13章 单片机、可编程控制器及工控机的抗扰问题 317
13．1 单片机系统的抗扰设计 317
13．1．1 单片机系统的电磁骚扰问题 317
13．1．2 单片机系统的硬件电磁兼容设计 318
13．1．3 单片机系统的软件电磁兼容设计 326
13．2 可编程控制器的抗扰问题 329
13．2．1 可编程控制器的概念 329
13．2．2 可编程控制器系统中的骚扰来源 330
13．2．3 可编程控制器系统的抗扰设计及措施 331
13．2．4 可编程控制器系统中的软件抗扰措施 333
13．3 工控机的抗扰问题 334
13．3．1 工控机使用中的硬件抗扰措施 335
13．3．2 工控机使用中的软件抗扰措施 336
第14章 医疗电子设备的电磁兼容 341
14．1 医疗电子设备电磁兼容问题的特殊性 341
14．1．1 概述 341
14．1．2 医疗电子设备的特殊性与复杂性 342
14．1．3 医疗电子设备的电磁兼容要求 342
14．2 医疗电子设备和系统的电磁兼容性要求 343
14．2．1 骚扰发射的限制 343
14．2．2 电网污染保护要求 344
14．2．3 抗扰度要求 344
14．3 国内医用电子设备电磁兼容现状 345
14．4 医疗设备的安全与电磁兼容问题的总结 346
14．5 医疗电子设备安全与电磁兼容的整改措施 349