电子信息系防雷规范

guangchao

电磁兼容涉及的理论基础包括：电磁场理论、天线与电波传播、电路理论、信号分析、通信理论、材料科学、生物医学等。

电磁干扰的三要素：电磁干扰源、对干扰源敏感的受扰器和传播媒体。

电磁干扰源分为四类：雷电、强电磁脉冲、静电放电和开关操作。
电磁干扰电压、电流和时域的特性
干扰源电压电流上升时间延续时间
雷    电a500KV/m200KA<1.5μs20μs
b6 KV/m3KA<8μs
强电磁脉冲
（如核爆炸）a100KV/m10KA10ns150ns
b1KV/m>10A20ns1μs
静电放电a40KV80A1~5ns<100ns
b1~5KV>10A10ns>100ns
开关操作a<2500V200A10μs>40μs
b<600V<500A<50μs>10μs
注：a是直接造成的最坏瞬变状态，b是间接的瞬变状态。
雷电（lighting）：雷电是一种大气物理现象，它产生雷电电磁脉冲，会对电气、电子设备造成严重的威胁。雷电放电的特点：脉冲的陡度大、峰值电流大、电场强、频谱宽（100Hz~100MHz）。
强电磁脉冲（EMP）：包括两种人工电磁干扰源：核电磁脉冲（NEMP）或高空核电磁脉冲（HEMP）和非核高能微波电磁脉冲（HPM），它们都用极强的电磁辐射对人体特别对电气或电子系统、设备进行干扰破坏，使之失效、瘫痪。高能微波武器的技术指标：频率1~100GHz，脉冲宽度0.1~1μs,定向性<30°，峰值功率10~100GW，总输出能量约100KJ，电磁脉冲强度50KV/m，直接破坏距离300m~1km。
静电放电（ESD）：是一种非周期性的放电脉冲，它的频谱能量分布是连续性的，是一种宽带干扰源，不仅能干扰宽带设备，而且能干扰窄带设备。
开关操作：

对电子、电气设备元器件造成的危害
半导体器件一般损伤值为10-5~10-2J/cm2，易损件则降为0.1~1μJ/cm2，若不损坏器件，只引起瞬时失效或干扰，其损伤值还要低2~3个数量级。

电磁干扰的损坏效应包括三种：
高压击穿：当器件接收电磁能量后可转化为大电流，在高阻处也可转化为高电压，结果可引起接点、部或回路间的电击穿，导致器件的损坏或瞬时失效。如脉宽0.1μs电流幅值为1A的电流脉冲，可在接点间电容为1pF处的接点产生100KV电压，该接点被击穿后还会产生数百KHz的衰减正弦震荡，并辐射出电磁波。
器件烧毁或受瞬变干扰：器件因瞬变电压造成短路损坏的原因一般归结于功率过大而烧毁或PN结的电压过高而击穿，无论是集成电路（IC）、存储器还是晶体管、二极管、可控硅等都是一样的。大多数半导体器件的最低损坏的有效功率为1μs、10W或10μJ，一些敏感器件为1μs、1W或1μJ。
电涌冲击：对有金属屏蔽的电子设备，即使壳体外的微波能量不能直接辐射到设备内部，但是在金属屏蔽壳体上感应的脉冲电流，像浪涌一样在壳体上流动，壳体上的缝隙、孔洞、外露引线一旦将一部分浪涌电流引入壳内设备，就足以使内部的敏感器件损坏。

常见的电磁干扰及其特性
电磁干扰可以分为两类（自然干扰和人为干扰）：
自然干扰主要为：雷电、太阳系的电磁现象和地球磁场的波动。
人为干扰的分类：连续干扰源（如电力输电线、无线电台、变压器等）、脉冲干扰源、间接干扰源（如移动的车、船、飞机等）和接触干扰源。
1、典型的人为干扰源及特性
⑴点火系统：点火系统的电场强度可达500μV/m，可影响范围60~80米。
⑶输电线系统：
⑶电感设备：
⑷开关器件和继电器：
2、电子设备内部的干扰源
⑴TTL的开关的嘈声：TTL逻辑元件工作时，2V、20ns的由低到高的噪声就足以使TTL逻辑元件发生误动作，一般TTL电路所产生的须状噪声为0.5~1.5V,宽度为5~10ns。
⑵动态RAM：为电容器，在快速充电放电电流峰值为100mA，100MHz，因此能够经过电源线和接地线产生串扰和公共阻抗噪声。
⑶电源和接地：
⑷震荡器件及变压器：其工作时回向周围辐射高频电磁波。
⑸静电放电和输入/输出端的干扰：

电磁干扰作用的途径及分析方法
电气、电子设备受电磁干扰影响的三要素：
一是干扰源的强度和特性；
二是电磁干扰作用的途径的类型和性质；
三是设备本身对电磁干扰的敏感度，以及是否采取必要的防护措施。
电磁干扰作用的途径主要可以分为两类：辐射干扰和传导干扰。
辐射干扰——是指干扰源发出的以电磁波的形式被接收。
辐射干扰
电磁波的空间特性：任何干扰源的本质是产生电磁波，不同的只是产生的电磁波随时间和空间变化的规律不同。任何波形的电磁波都可以用傅里叶变换分解成为无穷多个正弦波叠加的形式。
电磁干扰场的划分：远区场和近区场(近区辐射场和近区感应场)。
近区场——r>>2D2/λ，λ为所考虑的电磁波波长，D为天线最大线度。
远区场——r<2D2/λ，λ为所考虑的电磁波波长，D为天线最大线度。
在远区场，电磁波十分规则，电场和磁场在强度上有固定的比例关系
                    Zm=E/H
Zm——媒质的波阻抗，在空气中Zm=377Ω。
结论：所以只需测其中一个场或计算其中一个场就可以了。
例如：10MHz的电磁干扰的远区界限为5米左右为远区场；
30MHz的电磁干扰的远区界限为3米左右为远区场；
100MHz的电磁干扰的远区界限为0.5米左右为远区场。
3、传导干扰（有三种主要类型）：
传导干扰——是指经过耦合电容、耦合电感和公共阻抗的途径进入被干扰设备。
电容耦合（静电耦合）
互感耦合（电磁感应耦合）
公共阻抗耦合（阻性耦合）
⑴电容耦合（静电耦合）
电容耦合原理图（图2.10）
电容耦合的等效电路图（图2.11）
计算耦合电容的等效电路（图2.12）
⑵互感耦合（电磁感应耦合）
互感耦合示意图图2.13（a）
等效电路2.13（b）
电容耦合与电感耦合的等效电路图2.14
屏蔽电缆作用等效原理图（图2.16）
屏蔽电缆的情形中内导体上的感应电压的频率特性（图2.17）
屏蔽导体上的回流电流（图2.18）
不加屏蔽时辐射回路（图2.19）
有两端接地的屏蔽时辐射回路（图2.20）
有一端接地的屏蔽时辐射回路（图2.21）
⑶公共阻抗耦合（阻性耦合）
电流密度：注入大地的电流均匀向四面八方流动，形成半球面形分布的电流密度J。
J=I/2πr2
在导体媒质中，电场和电流密度成正比，即
E=J/α= I/2πr2α=ρI/2πr2
α为导电媒质的电导率，ρ为大地电阻率,两者为相反数，即α=1/ρ。
在地面上任一点距离入地点为r的地方就对无穷远处产生了电位：
Φ1=∫Edr=∫ρI/2πr2αdr=ρI/2πr1
同样在距离电流入地点为r2的地方产生的电位为：
Φ2=ρI/2πr2
r1和r2点间的电位差为：
Φ12= Φ2-Φ1=ρI/2πr2--ρI/2πr1=ρI/2π（1/ r2—1/ r1）
注如入大地中的电流的电场（图2.22）

减小导线之间的耦合情况：
第一种情况（图2.23）
第一种情况的等效电路（图2.24）
三轴屏蔽结构的 等效电路（图2.25）
第二种情况的等效电路（图2.26）
综合方式：
把导线分成六个等级：
⑴电源线或大功率线（信号电平大于10分贝）
⑵小功率电源线（信号电平为-20~10分贝）
⑶视频输出信号（信号电平-50到-20分贝）
⑷电视输出信号（信号电平-80到-50分贝）
⑸射频和中频输出信号（信号电平-110到-80分贝）
⑹接收机馈线（信号电平小于-100分贝）
一般原则：
⑴任何强信号线应离开弱信号线单独布置。
⑵干扰敏感的元件应避免靠近干扰源摆放。
⑶彼此互不干扰的元件可放在一起。

1、接地
接地的目的：抑制电磁噪声和防止干扰。
地的概念：“地”可以是大地，也可以是电路系统中某一电位基准点（但不是大地零电位）。
接地的要求：
⑴陆用电子设备以地球作为“地”；
⑵舰用电子设备以舰船壳体作为“地”；
⑶飞行器上电子设备以飞行器客体作为“地”；
⑷悬浮地是以设备本身某一假设点作为“地”。
电子设备接地要求：各部位的电位基准都应保持零电位。设备内所有的基准电位点通过导体连接在一起，该导体就是设备内部的地线，如都连接到一个导电平面上，则称之为接地平面。
电子设备共地：电子设备的地与大地连接，首先可以提高电子设备、电路系统工作的稳定性。电子设备若不与大地连接，它相对于大地将呈现一定的电位，该电位会在外界干扰场的作用下变化，从而导致电路系统工作的不稳定性，如果将电子设备的“地”与大地相连接，使它处于真正的零电位，就能有效抑制干扰。其次，通过接地可以泄放由静电感应在机箱和线路上积累的电荷，避免电荷积累形成的高压导致设备内部放电而造成干扰，并为设备和操作人员提供安全保障。电子设备机壳接地还能达到静电屏蔽和电磁屏蔽的目的。
地线干扰分析：
传导途径的划分：电阻传输、电感传输和电容传输。
传输线路：传导干扰的传输，要求在干扰源和接受器之间有完整的电路连接，这电路可包括导线、供电电源、公共阻抗、设备机架、金属支架、接地平面和互感或电容等。
地线干扰：分差摸干扰和共摸干扰。
差摸干扰：
共摸干扰：
电子设备接地的基本方式：悬浮接地、单点接地和多点接地。
悬浮接地：图6.3。用于特殊场合。
缺点：容易出现静电积累，产生放电。要求悬浮地与外部的绝缘控制在100KΩ~100MΩ范围内，同时绝缘支架要防潮处理，以保证绝缘电阻的稳定性。一般敏感电子设备的悬浮地要进行电磁屏蔽。
单点接地：单点接地有并联式和串联式两种。图6.4。
并联式：在低频时能有效避免各单元间的地阻抗干扰，但在高频时，相临地线间的耦合（电感性和电容性）增强，易造成各单元间的相互干扰。
串联式：各单元公用一条地线，易引起公共阻抗干扰。
多点接地：和单点接地并联式类同。在30MHz的线路中常用多点接地。
混合接地：有两种：串联单点接地和并联单点接地混合，单点接地和多点接地混合。
克服共模干扰的主要方法：图6.5，图6.6
⑴减小接地电阻Rd
电子设备常用的接地装置：
*埋设铜板将铜板或用扁铜条围成筐埋入地下，然后用多股铜线引出地面与电子设备地线连接。
*打入地桩将电镀钢棒（管）2~2.5米打入地下作为接地桩，当一根桩的接地电阻太大时，可用多根同样粗的钢棒打入地下，再用导体并联连成一体。
*用钻机直接在地下打孔，一般深度是5~20米，孔径大约是6cm，然后把与孔深等长的接地棒埋入。对于一般土壤，深度在5~15米时，其接地电阻可以小于10Ω。
*埋设导线。在地面挖深0.6~1米，长十几米的沟，在沟内埋入铜导线，且在导线周围填入降阻剂。
地线的分布电感：
*长度为L和直径为d，相对导磁率为μr的一根直导线，在低频下的自感是：
  L0=0.2×10-6L(2.303•lg4•l/d-1+μr/4+d/2L)
 L0——导线自感（H）
 l，d-——地线长度和直径（米）
μr——相对磁导率
对于非磁性材料导线，例如铜线和铝线，公式简化为：
 L0=0.2×10-6•l•(2.303•lg4l/d-0.75+d/2L)
一般铁材料μr=500~1000，铜材μr=1。
*地线的几何形状影响自感
L=0.2•l•(ln2l/(w+t)+l/2)
L——导线自感（μH）
l——导线长度（米）
w——导线宽度（米）
t——导线厚度（米）
结论：扁矩型截面导体比圆形导体的自感要小。
接地电位差干扰的抑制方法：
⑴设置专用低阻抗接地系统：
⑵应用隔离变压器（图6.7）
⑶光耦合隔离（图6.8）
⑷用光纤电缆传输信号
接地线截面积的选择：
接地线截面积的要求：接地线要有足够小的压降，足够大截面积。
选择；
⑴分系统或电子机柜接地线的选择
        S=（5~10）I/3
I——机内最大工作电流（A）
S——地线截面积（mm2）
⑵系统地线或机柜之间的连接母线
         S=（10~20）I/4

achixsf

[em02]

清洁工

大家对这个不是很感兴趣！！！！！！！俺谢谢了！！
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９１１

楼主，看不到图呀，能不能把图发上来？？？

guangchao

多谢雷神的支持,呵呵

通天雷神

有人感兴趣就好。毕竟这里不是EMI/EMC论坛。

guangchao

好象大家对这个不是很感兴趣呀,呵呵