系统级电磁兼容性(EMC)设计在产品开发中起着至关重要的作用。它不仅是电磁兼容技术的全面应用,更是确保产品在复杂电磁环境中稳定运行的关键环节。系统级EMC设计的核心在于通过综合考虑接地、屏蔽、滤波、线缆布局等多方面因素,实现产品的高抗干扰性和低干扰发射性能。
一、系统EMC设计的重要性
系统级EMC设计是产品开发的最后防线,任何环节的疏忽都可能导致产品在电磁兼容性方面出现问题,甚至前功尽弃。系统级设计需要汇集电磁兼容设计的所有核心技术,打造一个满足电磁兼容要求的系统。这种设计不仅是电磁兼容技术的整体应用,更是电磁兼容设计思想的完美体现,每一种处理措施都能在原理上得到解释,每一个观点都能找到技术支撑,真正做到理论与实际相结合。

二、系统EMC设计的主要内容
(一)接地设计
接地是提高系统电磁兼容性能的重要手段。可靠的接地可以为系统提供稳定的参考电位,减少电磁干扰的影响。接地设计的难点在于如何保证系统设备的等电位连接,常用的一种接地方式是“单点接地”,即将系统设备的所有外壳都接到接地回流排上,避免由于不等电位引起的公共阻抗干扰。然而,在系统设备较多的情况下,可能会使系统内部的地线过长,设备工作中可能耦合干扰。通常的处理方法是就近接到系统外壳的骨架上,系统的骨架是一个大的等电位连接体。
(二)屏蔽设计
系统的结构设备外壳承担着屏蔽的重要任务。可靠的屏蔽可以有效抵御来自空间或线缆的干扰。屏蔽设计的难点在于系统的输入/输出线缆孔、通风散热孔及门缝带来的电磁泄漏,使得屏蔽效能降低。对线缆输入/输出孔一般采取安装屏蔽连接器、导电泡棉进行处理,通风散热孔采用截止波导通风板处理,缝隙使用导电胶布或导电泡棉进行处理。
(三)滤波设计
滤波器在系统EMC设计中起着关键作用。滤波器通常安装在系统的入口处,其一个面固定安装在机壳上。滤波器的安装位置和方式非常重要,不合理的安装可能导致滤波器无法发挥其应有的作用。滤波器应该安装在系统的入口处,并将接地面与系统外壳可靠接触,滤波器的输入/输出线缆严禁交叉,应该在空间上沿滤波器的两端走线。此外,电源滤波器在使用时,切忌将通过滤波的电源与未通过滤波的电源一起使用。
(四)线缆设计
线缆是影响系统EMC性能的主要因素之一。电子设备中线缆产生的干扰主要分为传导干扰和辐射干扰两大类,这两大类又可分为共模干扰和差模干扰两种。减小共模干扰的方法是在电源线或信号线中串联电感,在导线与地之间并联电容器。差模辐射噪声是线缆中的信号电流回路所产生的辐射,线缆既是干扰的发射天线也是接收天线。减小这种辐射的方法是在信号输入端加低通滤波器阻止噪声电流流进电缆,使用扁平电缆或屏蔽电缆,在相邻导线中传输信号电流和回流电流,减小回路面积。
(五)装配设计
系统设备的装配需要特别注意。虽然设备已经定型,结构也已确定,安装位置固定,但配线方式可以灵活选择。不同的走线方式对系统的抗干扰性能影响不同。系统设备的配线一般分为电源线、信号线和通信线,电源线要与通信信号线分开走线,避免对通信信号线产生干扰。电源线一般从机柜后视左侧进入机柜,电源经防雷、滤波、隔离后给设备供电,输入电源线严禁与滤波隔离后的电源线交叉在一起。
三、系统EMC设计的核心思想
系统EMC设计的核心思想是在产品开发的各个阶段融入电磁兼容设计理念,做到提前防护,防患于未然。系统EMC设计技术主要包括系统的装配、线缆、接地、屏蔽、滤波等方面。在装配方面要避免电源与信号线交叉,电源输入、输出线不要交叉,滤波器安装在系统入口处,确保滤波器良好接地。在线缆方面要优选屏蔽双绞线,屏蔽层在系统入口处进行360°接地,射频干扰较强场合建议屏蔽层双端接地。在接地方面接地线越粗越好,确保可靠接地。在屏蔽方面要提高系统抗干扰性能,减少系统发射能量。在滤波方面滤波器要安装在系统入口处,滤波器一个面固定在系统外壳上,严禁滤波器输入、输出线交叉。

四、实际案例与注意事项
实际案例表明,设备进行浪涌测试时系统内部出现放电现象,检查发现防雷地线未可靠连接。小小的接地问题可能导致设备返工甚至损坏,因此在每个细节上都需特别注意。系统EMC设计需要多方面共同作用才能满足电磁兼容性能要求,只有各个方面都得到合理设计,才能保证系统具有良好抗干扰性能并满足发射限值要求。对于高速信号(如鼠标、键盘线)的处理,可以采用铁氧体磁环进行滤波处理。实际测试表明,在导线靠近机箱端安装磁环(绕磁环一圈)抗干扰效果明显,基本可保证电磁兼容测试中的鼠标和键盘正常工作。
总之,系统EMC设计需要从设备装配、线缆、接地、屏蔽、滤波、防雷等方面进行整体设计,使系统整体具有良好的电磁兼容能力,进而提高系统的稳定性和可靠性。
海检中心电磁兼容实验室建筑面积3300余平方米,建有1间10米法半电波暗室,1间3米法半电波暗室、1间3米法全电波暗室及10间屏蔽室。实验室配备了完善的电磁干扰(EMI)及电磁抗扰度(EMS)测试系统,供电能力直流可达1000V/200A,交流可达690V/200A。可为全球各大车厂及民品提供EMC设计、EMC测试及预测试、EMC技术咨询等一站式检测服务,尤其能为新能源产品(电动汽车、充电桩等)提供全套的检验检测服务。