• RE抑制技术后的电磁兼容性EMC设计技术,你知道吗?

    RE抑制技术后的电磁兼容性EMC设计技术,你知道吗?

    什么是抑制EMC?它有什么影响?抑制EMC一直是电子工程师所关注的重点,但是设计及其复杂。产生电磁兼容干扰的有很多原因,本文通过采用RE抑制技术后,进行电磁兼容性EMC设计又有何不同? 对于带隔离的电路设计,一个重要的步骤是跨隔离栅传输功率,并缓解产生的RE。虽然传统方法可能行之有效,但往往需要权衡取舍,其中可能包括使用分立式电路和变压器来传输功率。这种方法笨重耗时,会占用宝贵的PCB空间,无一不会增加成本。更经济高效的解决方案是将变压器和所需的电路集成到更小外形中,如芯片封装。 虽然这样可以节省电路板空间,降低设计的复杂性和成本,但也使得变压器体积变小,具备的绕组更少,需要更高的开关频率(高达200MHz)才能高效地将所需的功率传输到次级端。在更高频率下,寄生共模(CM)电流可能通过变压器的绕组以容性方式从初级端耦合至次级端。因隔离栅的性质所限,没有物理路径可以让这些CM电流返回初级端。隔离栅形成一个偶极,将能量以CM电流的形式辐射,并让其返回到初级端。这就引发了另一个重要考虑因素:合规性。 电磁兼容性(EMC)要求 产品上市前,必须符合EMC规定。将变压器和所需的电路集成到更小的封装中会产生EMI,因此需要采用复杂且成本高昂的RE抑制技术,以满足电磁兼容性(EMC)法规的要求。 EMC是指电子系统在其目标环境中正常工作而不干扰其他系统的能力。全球不同地区都有EMC法规,用于确保所有产品在有其他产品存在的情况下都能正常工作。辐射发射量必须低于目标使用环境和应用场合所对应的规定水平。因此,EMC测试和认证已成为产品上市过程的一个重要组成部分。在欧盟销售的产品需要具有CE标志,而在美国销售的产品则需要获得FCC分类认证。为取得这些认证,需要对系统执行一套EMC测试。在工业、医疗、通信和消费环境中,辐射发射通常必须符合CISPR 11/EN55011、CISPR22/EN 55022或FCC Part15标准。 图1:发射量增高的示例 CISRP 11/EN 55011 此标准适用于为工业、科学和医疗(ISM)目的而设计的产生射频能量的设备。在标准范围内,设备可能分为两组。第2组包含有意生成并在局部使用射频能量的所有ISM RF设备。第1组包含此标准范围内不属于第2组的所有设备。 CISRP 22/EN 55022 此标准适用于满足下述条件的信息技术设备(ITE):主要功能是将输入、存储、显示、检索、传输、处理、交换或控制数据和电信信息结合起来,可能配备一个或多个终端端口,通常用于传输信息。 在各个标准下,设备被进一步分类,每个类别需遵循一组单独的排放限制: ● A类:用在工业应用和非住宅区的设备 ● B类:用在住宅环境中的设备 由于B类限制覆盖的是住宅(或轻工业)环境,而这种环境中的产品更有可能彼此非常接近(广播和电视接收器的10米范围内),因此更加严格(比A类低10dB之多),以免引起干扰问题。 图2显示了与CISPR11/EN55011和CISPR22/EN55022相关的A类和B类限制线。在这个频率范围内,符合CISPR22/EN55022B类标准意味着也符合CISPR11/EN55011B类标准。 图2:辐射发射标准—限制线 在设计周期一开始就考虑EMC 据报道,50%的产品首次EMC测试都以失败告终。这可能是因为缺乏相关知识,且未能在产品设计阶段的早期应用EMC设计技术。如果在功能设计完成之前一直忽略EMC问题,通常会带来耗费时间且代价高昂的挑战。此外,随着产品开发过程的不断深入,能够用来解决EMC问题的技术也越来越少,因为产品方面的更改必将导致计划超时和成本增加。 想要最大限度地缩短设计时间和降低项目成本,在项目开始时就进行EMC设计是至关重要的。组件的选择和放置也很重要。将符合行业标准的器件纳入选择和设计可以提高合规性。 EMC抑制技术:亟需更好的方法 与使用分立式变压器的传统方法相比,将变压器和电路集成到芯片级封装中可减少组件数量,进而大大节省PCB空间,但可能会引入更高的辐射发射。辐射发射抑制技术会使PCB的设计更加复杂,或需要额外组件,因此可能会抵消集成变压器所节省的成本和空间。 例如,在PCB级别抑制辐射发射的一种常见方法是为CM电流形成一个从次级端至初级端的低阻抗路径,从而降低RE水平。要实现这一点,可以在初级端和次级端之间使用旁路电容。该旁路电容可以是分立式电容,也可以是嵌入式夹层电容。 分立式电容是最简单的解决方案,可能是有引线或表面安装组件。它还具有适用于2层PCB的优点,但分立式电容价格昂贵且体积庞大,会占用宝贵的PCB空间,特别是在可能堆叠了多个组件的隔离栅旁。 另一个不是很理想的解决方案是使用嵌入式旁路电容,当PCB中的两个面重合时就会形成该电容(图3)。此类电容具有一些非常有用的特性,原因在于平行板电容的电感极低,因此在更大的频率范围内都有效。它可以提高发射性能,但因为需要自定义层厚来获得正确的电容,且PCB需要四层或更多层,所以设计复杂性和成本都会增高。此外,还必须通过隔离的方式,确保内部重叠层的间距满足相关隔离标准所规定的最低距离标准。 图3:中心电源和接地层之间形成的内部PCB旁路电容 旁路电容还允许交流泄漏及瞬变跨隔离栅从一个接地层耦合至另一个接地层。虽然旁路电容一般很小,但高压高速瞬变可通过此电容跨隔离栅注入大量电流。如果应用需承受恶劣的电磁瞬变,如静电放电、电快速瞬变和浪涌,也必须考虑到这一点。 无论是分立式还是嵌入式,使用旁路电容都不是理想的抑制技术。它虽然可以帮助减少辐射发射,却要以增加组件、采用复杂的PCB布局和提高瞬态敏感性为代价。理想的抑制技术不需要采用旁路电容,因此可以降低成本和PCB设计的复杂性。 免去使用复杂抑制技术的必要 理想情况下,集成的隔离电源组件应该包含降低芯片辐射发射的措施,无需在外部额外增加复杂的措施,即可确保通过系统级辐射发射测试。这样一来,只需将组件放置到2层板上,即可通过严格的辐射发射测试,而无需多次制作电路板。 低辐射发射隔离器 下一代isoPower®系列产品采用创新的设计技术,可以避免产生大量辐射发射,甚至在没有旁路电容的2层板上也不例外。ADuM5020和ADuM5028在以大幅裕量满足CISPR22/EN55022B类限制的同时,可以分别跨隔离栅提供500mW和330mW功率。 图4:ADuM5020和ADuM5028 ADuM5020采用16引脚宽体SOIC封装,而对于ADuM5028,可以选择的最小封装是8引脚SOIC。ADuM5020/ADuM5028提供3V和5V两种电源选项,以及3kV rms额定隔离。 为了减少辐射发射,ADuM5020/ADuM5028具有出色的线圈对称性和线圈驱动电路,有助于将通过隔离栅的CM电流传输最小化。扩频技术也被用来降低某一特定频率的噪声浓度,并将辐射发射能量扩散到更广泛的频段。在次级端使用低价铁氧体磁珠会进一步减少辐射发射。在RE合规测试期间,这些技术可以改善峰值和准峰值测量水平。 图5:ADuM5020和铁氧体特性曲线 图5显示了放置在靠近VISO和GNDISO引脚的次级端铁氧体磁珠。这些铁氧体在宽频率范围内具有高阻抗(100MHz时为1800Ω,1GHz时为2700Ω)。这些铁氧体降低了偶极的有效辐射效率。如图6所示,因为铁氧体磁珠的阻抗,CM电流环减小,偶极的有效长度明显缩短,使得偶极效率降低,辐射发射减少。 图6:使用铁氧体磁珠来减少有效偶极 ADuM5020/ADuM5028提供即用型直流-直流电源解决方案。这种解决方案的性价比高、复杂性低,占地面积小,且RE性能出色,如果在设计周期开始时就纳入到产品设计中,将有助于满足EMC法规的要求。 来自测试室的结果 ADuM5020/ADuM5028根据CISPR22/EN55022测试指南在10m半波暗室中进行测试。图7所示为一个典型的10m测试室。按照标准规定,ADuM5020/ADuM5028评估PCB被放置在距离天线校准点10m远的非导电工作台上。确保DUT附近没有其他导电表面,因为这会影响测试结果。图8显示了用于确定DUT的高发射频率的峰值扫描。这些点定位后,就可以进行准峰值测量。在准峰值测量期间,工作台会旋转360°,天线高度从1m升高到4m。记录最坏情况的准峰值测量结果,并与限制线要求进行比较。 图7:10 m测试室的图像和评估PCB 确保没有任何外部设备、金属平面或电缆会干扰DUT的辐射发射测试。为了测试ADuM5020/ADuM5028评估板,使用带板载低压差稳压器的电路来保持较小的电源电流环,并消除不必要的布线。 图8:峰值图—ADuM5020/ADuM5028 图8显示了在不同配置下捕获的ADuM5020/ADuM5028的峰值图。由于ADuM5020/ADuM5028中采用了扩频技术,需要注意宽频段范围内的能量扩散情况。图9显示了最坏情况下的准峰值测量值与CISPR22/EN55022B类限制线相比的裕量。ADuM5020在输出电源为5V(500mW),负载为100mA的情况下,以超过5dB的裕量通过了CISPR22/EN55022测试,大大增加了设计灵活性。这种裕量幅度很有益,而且推荐达到这种裕量,因为在不同的测试设施中,测试室的质量、校准和设备的精度可能存在差异,可能导致测量结果出现波动。如果最终产品需要在不同的测试室进行测试,且必须符合CISPR22/EN55022标准,那么这一点至关重要。 图9:最坏情况下的准峰值测量值与CISPR22/EN55022B类限制线相比的裕量 下一代isor系列产品提供紧凑的即用型电源解决方案,无需为了满足辐射发射限制而采用复杂的PCB级抑制技术。ADuM5020/ADuM5028提供适用于隔离设计的直流-直流即用型电源解决方案,满足以下辐射发射和产品标准要求: ● X CISPR 22/EN 55022(B类):信息技术设备 ● CISPR11/EN55011(B类):工业、科学和医疗设备 ● X IEC 61000-6-4:通用标准—工业环境的辐射发射标准 ● X IEC 61000-6-3:通用标准—住宅、商业和轻工业环境的辐射发射标准 ● IEC 61131-2:可编程控制器—第2部分:设备要求和测试 ● X IEC 621326:用于测量、控制及实验室用途的电气设备 ● X EMC要求—第1部分:一般要求 ● IEC 60601-1-2:医疗电气设备第1-2部分:基本安全和基本性能的一般要求—附加标准:电磁干扰—要求和测试 ● IEC 61800-3:变速电力驱动系统—第3部分:EMC要求和具体的测试方法 ● IEC 63044-5-1:家用和建筑电子系统(HBES)及建筑自动化和控制系统(BACS)—第5-1部分:EMC要求、条件和测试设置 减少隔离设计中的复杂性和矛盾 设计隔离式电源可能是设计过程中最具挑战性的一个方面。构建一个解决方案需要权衡各种设计需求,且需要遵守全球多个不同地区的法规要求。由此做出的牺牲往往带来了尺寸、重量和性能方面的负面影响,或者降低了满足EMC标准的能力。 为了顺利满足EMC标准,可以在设计阶段的早期采用已经通过行业标准验证的器件。EMC应该纳入到设计过程中,而不是事后才考虑。采用诸如旁路电容之类的抑制技术会降低电子系统抗瞬变的能力,并增加成本和设计复杂性。 下一代isoPower系列产品提供辐射发射抑制技术,无需具备旁路电容,仍可满足EN55022/CISPR22B类标准要求。ADuM5020/ADuM5028采用扩频技术,可降低任意频率下的功率水平。出色的设计、变压器线圈对称性和两个低价小铁氧体的使用有助于减少跨隔离栅流向次接地层的CM电流。ADM5020/ADuM5028满足CISPR 22/EN 55022 B类要求,在2层PCB上具有大幅裕量,无需采用成本高昂的PCB级RE抑制技术,因此可降低成本。以上就是抑制EMC的解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-26 关键词: emc emi re抑制技术

  • UPS设备的EMC检测,你了解吗?

    UPS设备的EMC检测,你了解吗?

    什么是UPS设备的EMC检测?你知道吗?UPS设备一直被广泛应用到电网可靠性的领域,并随着工业电源的发展需求,不断地提高UPS电磁兼容的性能和可靠性。本文通过方案分析的形式给大家形象的阐述关于UPS设备如何进行EMC检测,希望能对各位有所帮助! 简述UPS 不间断电源设备(UPS)是一种恒频、稳压、纯净、不间断的高品质电源,随着现代信息技术的高速发展,它的重要性越来越明显,尤其是在电信、银行、电力、交通、金融以及国防等对电网的可靠性要求较高的行业。UPS是个特殊的设备,既是电网的负载,又要给负载提供电源,其电磁兼容性能既要保证它不对电网造成电磁污染,又要保证它提供给负载的是一个稳定可靠的电源。因此,综合地从UPS的电磁干扰和电磁敏感度角度进行电磁兼容特性的测试和评价显得至关重要。 针对UPS产品的特点,UPS的电磁兼容主要包含电源的输入及输出传导干扰、电源的辐射干扰和UPS的抗干扰特性。目前UPS的EMC要求的专用标准为GB 7260.2-2009/IEC 62040-2:2005 。另外根据测试项目的不同需参照对应的标准,各标准中规定了各个频段各种类型电气电子设备的骚扰发射限值和抗扰性要求、明确了相应的试验方法及测量用仪器设备要求。 1、UPS的EMC检测方案 UPS的EMC性能包括EMI和EMS,EMI要求UPS在正常运行过程中对所在环境及其它事物(包括设备和系统)产生的电磁干扰不能超过一定限值;EMS特性要求UPS系统本身在电磁骚扰情况下运行性能要稳定,如具有抗雷击、静电、振铃波等干扰的能力。对于不同的EMC特性,标准的测试要求不同,须选择专业的测试方案进行测试,具体测试项目参见表1。 表1、UPS的EMC测试项目 2、UPS的EMC性能测试说明 以下仅举几个对UPS较为典型的EMC性能测试加以说明。 辐射骚扰检测 UPS中有变压器、电感、开关管、整流管等非线性器件,由于寄生电容的影响很容易形成共模电流。闭合的电流回路会产生磁场,同时又会伴随辐射电场。UPS作为一个干扰源,工作过程中会向周围空间发射辐射骚扰,UPS中的辐射骚扰会影响周边一些高灵敏度的电器正常工作。辐射骚扰试验就是用来评估其辐射骚扰程度。根据GB 7260.2-2009/IEC 62040-2:2005等UPS专用标准要求以及GB 4824-2004/CISPR11:2003等基础标准,需在30MHz-1GHz频率范围内测量UPS空间辐射的电场分量。图1(左)和图1(右)分别为典型的UPS辐射发射测量原理和包括电波暗室在内的测量系统,在相关标准要求基础上,该系统频率测量范围已拓宽至3GHz,以满足更高的测试需求。 图1、UPS辐射发射测量原理图(左)和测量系统(右) 电源端子传导骚扰检测 UPS工作时除了通过空间对周围环境产生辐射骚扰,还会通过电源线向电网产生骚扰。若UPS电源端子存在高幅值的传导骚扰,极可能导致同一电网的计算机等信息技术设备受到干扰,导致信息设备数据丢失等问题。GB 7260.2-2009/IEC 62040-2:2005和GB/T6113.201-2008/CISPR 16-2-1:2003等标准对UPS沿着电源线向电网发射的骚扰电压的限值和测量方法做出了明确要求。图2为杭州远方公司根据标准要求设计的测量用系统,测量在屏蔽室内进行,系统主要由人工电源网络和EMI接收机组成,测量频率范围达到10Hz-30MHz,覆盖了标准要求的150kHz-30MHz。 图2、UPS电源端子传导骚扰测量系统 辐射抗扰度检测 电磁辐射现象无所不在,如无线电台、移动无线电发射机及各种工业电磁辐射源,甚至荧光灯具在工作时都会产生电磁辐射。这些辐射将对工作中的UPS产生影响,严重时将导致UPS出现故障或性能受损。电磁场辐射抗扰度试验就是用来评估受试设备对来自空间的辐射电磁场抗扰度,GB/T 17626.3-2006/IEC61000-4-3:2006和GB 7260.2-2009/IEC 62040-2:2005等标准明确UPS对周围辐射干扰最低抗扰度要求、测试方法和设备要求。图3(左)和图3(右)分别为典型的辐射抗扰度测量原理和测试用系统,可完全满足上述基础标准和UPS专用标准的测试要求。 图3、UPS辐射抗扰度测试原理图(左)和测试系统(右) 静电放电抗扰度检测 静电放电试验模拟了操作人员直接触摸UPS时对设备的放电以及放电对设备工作的影响,或操作人员在触摸邻近设备时对所关心设备的影响。累计的静电电荷会产生高达几千伏的电压,一方面会引起UPS中半导体等器件的损坏,造成设备永久性失效,也会引起UPS近场电磁场变化,造成设备的误动作。图4为杭州远方公司根据GB/T 17626.2-2006/IEC61000-4-2:2008和GB 7260.2-2009/IEC 62040-2:2005等标准要求设计的EMS61000-2A UPS静电放电测试系统,最高静电电压可达30kV,涵盖标准4kV接触放电、8kV空气放电测试要求。 图4、UPS静电放电分析测试系统 浪涌(冲击)抗扰度试验 UPS除了作为骚扰源外还可以起到隔离作用,可以将瞬间间断、电压波动等电网干扰阻挡在负载之前,不仅可以使负载对电网不产生干扰又可以使电网中的干扰不影响负载,从而起到良好的隔离作用。自然界的雷击、电源系统切换、设备接地网或接地系统间的短路等都可能会对该环境下UPS形成浪涌冲击,若UPS不具备良好的浪涌(冲击)抗扰度不但不能起到隔离作用严重时还会导致设备失灵和损伤。因此GB/T 17626.5-2008/IEC 61000-4-5:2005和GB 7260.2-2009/IEC 62040-2:2005等标准对UPS的抗浪涌冲击性能检测和评估作出了明确规定。UPS雷击浪涌测试用系统如图5所示,系统主要设备为杭州远方公司EMS61000-5G全自动多功能雷击浪涌发生器,它在受试设备供电电源上耦合一个浪涌尖峰,最高值可达15kV,浪涌电压的波前时间和半峰值时间为1.2μs/50μs,为浪涌抗扰度性能测试提供一个准确、理想的依据。 图5、UPS雷击浪涌测试系统 3、小结 随着UPS技术的不断发展,对其EMC测试的标准也日趋完善,相应的测试设备也亦发展成熟。UPS厂商应按照产品特点,根据国际国内标准的发展要求,选择相应的检测方案对UPS的特性进行全面表征和评价,这不仅可以提高UPS整体质量,还有利于进一步规范UPS产品的发展。以上就是UPS设备的EMC检测解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-26 关键词: ems emc emi

  • EMC设计的有关的基础知识。你知道吗?

    EMC设计的有关的基础知识。你知道吗?

    什么是EMC设计?你知道吗?EMC俗称电磁兼容,其定义是对电子产品在电磁场方面干扰大小(EMI)和抗干扰能力(EMS)的综合评定,是产品质量最重要的指标之一,电磁兼容的测量由测试场地和测试仪器组成。电磁兼容是研究在有限的空间、时间、频谱资源条件下,各种用电设备可以共存,并不致引起降级的一门学科。它包括电磁干扰和电磁敏感度两部分,电磁干扰测试是测量被测设备在正常工作状态下产生并向外发射的电磁波信号的大小来反应对周围电子设备干扰的强弱。电磁敏感度测试是测量被测设备对电磁骚扰的抗干扰的能力强弱 何为是EMC设计? 首先,EMC设计审核并不是一个完整的评论,相反,它侧重于特定的EMC问题,它没有解决其他问题,如可靠性,热量,功率,重量等,最好留给更正式的评论。 根据产品的不同,EMC设计审查可以解决电路板问题,机械问题或系统级问题。同时,它还涉及需求(法规和/或威胁),约束(成本,数量等)和设计策略。 什么是EMC设计审核的最佳时间? 对于大多数项目,EMC设计审查的理想时间是在最初的电气和机械设计阶段,对于电路板,很好的时间是电路板布局完成,第一件艺术品准备就绪,在这个阶段,设计通常足够坚实,可以提出建议,但流动性足以做出改变。 在某些情况下,您可能希望在早期概念阶段考虑EMC问题,在处理包装问题(例如布线和屏蔽)时,这尤其有用,在考虑连接器布局或总线或I/O设计时,这可以扩展到电路板。 大多数EMC审核可在一天或更短时间内完成,对于简单的系统或单个电路板,即使几个小时也可能就足够了,但是不要自己做这一切,多和同事一起讨论这些问题,通常向其他人解释设计的方法能跟快解决问题。 在进入设计评估之前,必须完成四项初步任务,如下所示: 1.识别和评估EMC威胁-典型威胁包括来自附近发射器的射频(RF)能量,来自人或其他来源的静电放电(ESD),电源干扰以及传导/辐射发射(可能对其他电子设备产生不利影响)。 这些通常被指定为测试要求,但您可能需要根据实际预期环境对其进行修改,例如,在对医疗器械的一次审查中,我们询问它是否将用于陆地和空中救护车。如果答案是肯定的,原来的办公室/家庭要求被认为是不合适的。 顺便提一下,该制造商最终开发了两个产品系列,救护车产品的硬化程度高于家庭/办公室产品,并以高价出售。什么可能导致一些棘手的EMC问题产生额外的利润,同时抢先解决意外的客户问题(良好工程的一个例子!)。 2.确定影响或受这些威胁影响的关键电路或组件-数字电路(特别是复位和控制电路)非常容易受到尖峰和瞬变的影响,而模拟电路非常容易受到RF影响。数字时钟(和其他高度重复的信号源)是丰富的辐射发射源。电源电路易受电源干扰,也可能导致传导发射。 3.确定可能影响EMC设计决策的其他设计约束-包括成本,数量,重量,空间和不合规成本(CONC),顺便提一下,在成本非常敏感的情况下,我们经常提倡设计就地固定器(例如电容器的焊盘),以后可以根据需要使用EMC组件进行填充。不要忽视后者-作为工程师,我们总是需要一个后备计划。 4.确定适当的EMC设计功能-这就是设计乐趣的开始。电路板是一个理想的起点。毕竟,所有电磁干扰EMC问题最终都会在电路中开始和结束。当然,如果您不设计电路板,您将在系统级别工作。这可能包括机械问题(屏蔽)以及电缆,连接器,电源和接地。许多(但不是全部)防御项目属于后一类。 以下是检查电路板的十个关键点: 1.时钟电路-这些是高频辐射发射的主要来源,另外,检查任何高度重复的类似时钟的电路。一些存储器控制和总线控制信号属于这一类。 设计建议包括: a、Vcc的高频去耦(串联铁氧体提供更多保护) b、时钟输出串联电阻(典型值10-33欧姆) c、位于振荡器附近的晶体或谐振器 2.复位/中断/控制电路-瑞典非常容易受到ESD,EFT和瞬态的影响,中断和控制(读/写)也很容易受到攻击。机械开关的外部复位线非常脆弱。 设计建议包括: a、复位Vcc,参考和输出的高频去耦,走线长度超过两英寸走线长度,考虑使用串联铁氧体进行额外保护。 b、易受攻击的中断/控制电路所需的类似修复 3.模拟电路-非常容易受到RF能量的影响。此外,寄生振荡可能导致不必要的辐射发射。 设计建议包括: a、Vcc的高频去耦 b、电路输入和输出的高频滤波(典型值为1000pF) c、所有模拟传感器都有类似保护 4.电压调节器-像模拟电路一样,它们也容易受到RF的影响,由于元件带宽增加,寄生振荡现在在VHF/UHF频率范围内很常见。 设计建议包括: a、Vcc的高频去耦 b、输入和输出引脚直接高频去耦至芯片中性引脚(典型值为1000pF)。强烈建议防止那些讨厌的寄生振荡。 5.射频发射器和接收器-这些电路带来了一系列全新的潜在EMC问题,板载接收器可能被数字谐波干扰或消失(GPS接收器极易受到攻击),板载发射器可能会堵塞附近的模拟电路。多个无线电可能导致互调和交叉调制问题。 设计建议包括: a、保护接收器输入(可能需要特殊设计)。 b、RF模块的内部屏蔽 c、时钟管理(避免接收器输入上的谐波)。 d、检查天线位置和电缆布线。 e、DSP或其他软件技术也可能是必要的。 6.电路板叠加-良好的电路板结构对于良好的EMI控制至关重要,幸运的是,大多数修复都是免费的。 设计建议包括: a、将每个信号层保持在相邻平面旁边。 b、保持相应的电源/接地层相邻。 c、保持对称叠加。 d、考虑外埋地层。 7.分裂平面-交叉切口和不匹配的平面可以严重抵消板上最好的EMI控制,修复这些问题后,我们已经看到了10倍的改进(20分贝),因此,首先要防止它们符合您的最佳利益。 设计建议包括: a、检查高速走线,并在相邻平面的切口上进行“上下”布线。 b、请注意,如果高频能量潜入这些迹线,切割过程中的低速迹线也会导致问题。 c、始终将电源/接地层对齐为镜像。 8.平面规划和布线-组件的随机放置和随机跟踪路由可能导致EMC问题,有机会,自动路由器经常路由以最大化EMI(Murphy定律的变化)。 设计建议包括: a、根据频率分离组件,将数字,音频,电源和RF电路组合在一起,而不是将它们全部集中在一起。也分开了痕迹。 b、注意关键迹线(时钟,复位,控制线)的布线。 c、避免将关键电路放置在I/O端口附近。 d、考虑手动布线关键走线以实现更好的EMC控制。 9.保护外围设备-由于电源和I/O连接到外部世界,因此需要特别注意。这从板级开始,也可以在系统级应用。 设计建议包括: a、根据需要过滤和瞬态保护。至少,在所有电源输入端放置0.01uF电容。 b、注意外部I/O线路上的ESD保护。 10.接地-需要在电路板和系统级别解决的另一个问题,这可能是另一篇文章的主题,甚至是一本书。但是在董事会层面上有很多事情需要检查。 设计建议包括: a、考虑数字,模拟和电源的单独接地路径。 b、多点接地连接是高速数字(和RF)电路的首选。 c、对于低电平/低频模拟电路,单点接地连接是首选。 d、混合接地(电容器和电感器)可用于混合技术。 e、请注意,额外的接地限制可能适用于恶劣环境,切勿违反安全接地以解决EMC问题。 系统级评审 在这个层面上,我们经常从外到内工作,专注于机械结构,接口(电源和信号)和系统接地,其中大部分假设屏蔽外壳,对于非屏蔽设备,必须在板级实现EMC设计目标。 1.机械-在这个级别,我们对EMC屏蔽性能感兴趣,因此,我们看看材料,机械接头(接缝/覆盖/通风)和不连续性(穿透和开口)。 设计建议包括: a、检查材料,薄导电涂层(包括箔,涂料和电镀)对高频有效,但通常不适合工频磁场。在后者中,可能需要可渗透材料(钢或mu-金属)。 b、检查不连续性。超过两英寸的任何接缝对于高于300MHz的ESD或RF是有问题的。在1GHz,即使是1/2英寸也可能相当漏水。您可能需要用导电垫圈填充接缝。有关电缆穿透的信息,请参阅下一段。 2.接口-在这个级别,我们检查信号和功率及其连接。这包括内部电缆布局和布线。 设计建议包括: a、对于信号接口,请使用隔板连接器作为屏蔽电缆。过滤后的连接器甚至更好。没有洞。将电缆穿过外壳中的孔可以完全破坏高频下的EMC屏蔽。我们已经看到它发生了太多次。 b、对于电源接口,隔板过滤器在穿透点处是优选的。如果使用内部模块化过滤器,则必须尽可能靠近穿透点放置。 c、外部电缆-如果可能,检查配套电缆。连接器是关注的关键领域。电缆与连接器的完全圆周结合是优选的。如果它泄漏出外部电缆或连接器,那么您在盒子级别的所有努力都是徒劳的。 3.系统接地-大多数EMC接地问题都在电路级的包装盒内解决,这里主要关注的是不违反系统接地方法,特别是安全接地。以上就是EMC设计解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-26 关键词: rf emc esd

  • 移动通信系统中的RF干扰类型,你知道吗?

    移动通信系统中的RF干扰类型,你知道吗?

    什么是射频干扰?它有什么影响?射频干扰可能是很多工程师的“噩梦”,如今可能造成射频干扰的原因正越来越多,有些显而易见容易跟踪,有些则非常细微,很难识别发现。虽然仔细设计基站可以提供一定的保护,但多数情况下对干扰信号只能在源头处进行控制。本文讨论射频干扰的各种可能成因,了解其根源后将有助于工程师对其进行测量 跟踪和排除。 射频干扰信号会给无线通信 基站覆盖区域内的移动通信带来许多问题,如电话掉线、连接出现噪声、信道丢失以及接收语音质量很差等,而造成干扰的各种可能原因则正以惊人的速度在增长。 如今最新最先进的复杂电信技术还必须与旧移动通信系统(如专用无线通信或寻呼等)共存于一个复杂环境中,其中多数旧系统在以后若干年里还将一直用下去;与此同时,其它无线 RF 设备如数字视频广播和无线局域网等又会产生新的可能使通信服务中断的信号。由于环境限制越来越大,众多新业务竞相挤占有限的蜂窝站点,使得蜂窝信号发射塔上竖满了各种天线。而随着我们越来越多地通过移动电话联系、在互联网上观看多媒体表演和进行商业贸易,甚至不久我们的汽车、冰箱和电烤箱也将使用 RF 信号互相交流,通信的天空将变得更加拥挤。 引起 RF 干扰的原因 大多数干扰都是无意造成的,只是其它正常运营活动的副产品。干扰信号只影响接收器,即使它们在物理上接近发射器,发射也不会受其影响。下面列出一些最常见的干扰源,可以让你知道在实际情况下应该从何处着手,要注意的是大多数干扰源来自于基站的外部,也即在你直接控制范围之外。 ◆发射器配置不正确 另一个服务商也在你的频率上发射信号。多数情况下这是因为故障或设置不正确造成的,产生冲突的发射器服务商会更急于纠正这个问题,以便恢复其服务。 ◆未经许可的发射器 在这种情况下,其它服务商是故意在与你同一个频段上发射,通常是因为他根本没有拿到许可。他可能在一个频段上没有发现信号,于是假定没有人在使用该频段,于是擅自加以利用。发放许可的政府机构通常有助于赶走这类无照经营者。 ◆覆盖区域重叠 你的网络或其它网络的覆盖区域在一个或多个信道上超过规定范围。天线倾斜不正确、发射功率过大或环境变化等都会引起覆盖区域重叠,如某人砍掉了一片树林或推倒一个建筑物,而这些原本可以阻挡另一位置上所发出的信号。 ◆自身信号互调 两个或两个以上信号混在一起后会形成新调制信号,但却不是任何所希望的信号。最常见互调是三次信号,例如两个间隔为 1MHz 的信号会在原高频信号之上 1MHz 和低频信号之下 1MHz 各产生一个新信号,如果原来两个信号分别处于 800 和 801MHz 频段,则将在 799 和 802MHz 出现三次信号。 ◆与另一发射器信号互调 互调干扰也可能由于一个或多个外部无线信号通过天线馈送同轴电缆 ,然后进入造成冲突的发射器非线性终端放大器 造成,外来信号相互混杂并与发射器自己的信号混在一起,形成一个看上去像是通信频段中的“新”频率互调信号(经常都是不希望的)。 也可能由两个外部信号产生干扰信号,而造成冲突的发射器本身的信号没有参加,外部信号只是正好用到发射器的非线性级而混在了一起。在这种情况下,混在一起的两个信号没有一个有问题,肇事者是发射器。 解决这个问题有点难度,因为它要求对看上去工作正常的发射器进行改动。需要增加一个窄带滤波器 以尽可能衰减外面的信号,再加一个铁氧体绝缘子使 RF 从发射器传送到天线并衰减馈线上返回的信号。在同时使用多个不同频率的发射塔上,业主经常要求所有发射器都安装这类滤波器和绝缘子。 ◆生锈的围墙 / 房顶等造成的互调 发射器并不是互调信号的唯一滋生地,非线性连接也可能是附近生锈的白铁皮房顶或围墙。当无线发射功率很大时,房顶各部分之间生锈部分将起到非线性二极管 的作用,像这种来自物理结构的互调影响很难阻止,因为它们因天气状况而异,风会把金属生锈部分压在一起或分开,雨则改变铁锈特性。严重影响通信的必须进行维修或替换,以恢复可靠的通信连接。 ◆天线或连接器中的互调 有时即使同轴电缆或天线本身一点很小的腐蚀也会产生问题,尽管还不足以引起信号丢失或 VSWR 问题,但腐蚀会像一个品质很差的二极管一样造成细微互调。如果附近有几个大功率发射器,那么产生的互调会强到足以干扰移动手机与基站之间的微弱通信信号。找出这类问题根源最难的地方在于松开天线系统一个连接器会打乱氧化 程度并暂时使问题中止,此时你必须花更多时间认真记录旋松或拧紧的是哪一个连接器并在每步之后进行试验以确定它是否就是罪魁祸首。 ◆正规发射器超载 发射器发出的任何频率强信号都会使邻近系统超载,唯一解决办法是在接收器天线电缆上安装一个滤波器,使希望的信号通过,而将超载信号衰减。 ◆邻近发射器上相邻信道功率 随着分配的频谱越来越拥挤,互相竞争的无线业务所分到的频率越来越接近,从而使一个系统发射信道噪声边带出现在或阻止另一个临近接收信道的风险增加。如果发射器符合技术规范要求,则需要更改信道或增加发射器和接收器之间的物理分隔。 ◆广播发射器谐波 大功率源如商业广播电台等会产生大功率信号谐波,例如一个 5MW 发射器很容易产生 5W 谐波,足以干扰附近的移动通信。如果该发射器符合所有规范和政府规定,那么唯一的解决方法可能只有迁移通信天线以避开发射器,或者重新分配频率方案使得造成冲突发射器附近的通信基站使用的是不受其谐波能量影响的信道。 ◆“老爷”级 STL 用户 在蜂窝系统出现之前,900MHz 和 1,400~2,200MHz 波段通常分配用于广播电台的演播室与发射器连接(STL)。政府现已将这些频率重新分配给蜂窝运营商,但是他们常常又没有限制老用户,而让他们继续在没有冲突的频率上运营。当在这些频段开展新的蜂窝业务时,那些发射器应该转向新频率,但有些还需要加以“提醒”。 ◆音频整流 在极个别地方,基站控制器端还在使用模拟音频输入传送给无线输出,因此会受到附近 AM 广播或短波电台强信号的影响。AM 信号可能进入音频电路 后并被整流,使得电话交谈中混入广播音频信号。在与基站连接的音频部分周围进行良好屏蔽应能解决这个问题。 认识干扰源类型 干扰可以按其自身特性进行分类,也可以按它对基站和手机通信的影响来分,冲突频率是显示干扰源和干扰结果最常用的指示器。 ◆频外干扰源 这是一种主要干扰,包括一些与接收器频率相近而不相同的强信号,强度很大足以影响输入。这些信号通常很接近预定频率,因为接收器输入滤波器会滤掉其它相差太远的信号。 让我们来看一看接收器受到的两种影响。一种是前端阻塞,它由于强信号进入接收器使第一级(前置放大器或混频器)过载完全饱和引起,这样会使更强信号无法接收。另一个影响是减感效应,附近的信号进入接收器后被 AGC(自动增益控制)发现或者启动限制器电路,造成增益下降。接收器表现得就像是灵敏度降低,因此微弱信号会丢失,对强信号的信噪比也将减小。 ◆频内干扰源 第二类干扰包括和预定通信信号频率一样的信号(无论强弱),通常由下列情况引起: ·正常手机信号超出其预定范围 ·发射器故障或配置不当 ·正常发射器的信号谐波 ·其它电气装置辐射出的无意干扰信号 ◆频外干扰源产生的频内影响 这类干扰源最难跟踪,看上去是在频率内的信号,但却没有明显的干扰源,例如两个或以上在其自己频率上完全正常的信号在非线性元件内混合后形成的互调信号。 ◆有意干扰 不怀好意的故意干扰通常是在信号频率内,表现得更像是一个配置不当的发射器。我们将它单独分类是因为它通常具有特别难以捉摸和有害的特性。 有这样一个有意干扰的例子,有人在丛林山上某处远距离攻击一个双向无线转发器系统。系统开始时在其输入频率上收到一个非常微弱的信号(其中正确的音频解码激活了转发器),只在夜间出现,该信号一直留在空中,最后使转发器超时继电器 失效并使系统瘫痪直到早晨信号消失。干扰源特别难查找是因为信号太弱而无法发现,并且它只在夜里发射。最后找到时才发现干扰源是位于转发器天线杆附近一棵树顶上的一个带小型太阳能电池板的微型发射器,发射器白天关闭,其太阳能电池 板则利用此时给电池充电。 ◆谐波 上面几种还是指相对干净的原始信号,在实际情况下,信号中还有强到能产生干扰的基频谐波,例如美国甚高频电视发射器就要求安装一个滤波器将其谐波至少减小到主载波 60dB 以下。最麻烦的谐波是三次谐波,因为它很容易由发射器中小的非线性元件产生。一个在 621.25MHz 下工作的 5MW 电视信号发射器,其三次谐波为 1863.75MHz,即使在 60dB 以下(滤波之后)三次谐波还有 5W!从俯瞰城市的高处发出这种频率和功率信号很容易给全城蜂窝移动通信信号带来极大破坏。 谐波信号还有一个特性使它更难辨识其来源。产生谐波的乘法过程会改变频谱图,其宽度和偏差都要乘以和载波频率一样的因数。例如一个位于 157.54MHz 下 13kHz 宽的双向无线 FM 信号的 10 次谐波为 130kHz 宽,基波只有 5kHz 偏移在谐波频率 1575.4MHz 下会变成 50kHz。如果这种发射器与一个基站共用一个发射塔,其 10 次谐波将完全覆盖 GPS 接收器,使基站瘫痪。对一个 100W FM 发射器,总共需要约 195dB 的衰减才能避免这种干扰,要用天线隔离和滤波器抑制才能实现。 本文结论 我们讨论了移动通信系统中常见 RF 干扰产生的原因,并提出一些排除故障的方法。有了比较多的了解后,工程师就能更好地应用新的干扰测量工具来认识和跟踪干扰源。以上就是射频干扰的解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-26 关键词: 无线通信 发射器 射频干扰信号

  • 电源纹波抑制和减少的一些方法,值得你收藏

    电源纹波抑制和减少的一些方法,值得你收藏

    你知道电源纹波抑制和减少的一些方法吗?说到纹波,我们一直想做到抑制或减少它。但是理想化和实际中还是存在一定差距,在一定的环境下纹波是存在的。下面我们知晓下电源纹波抑制和减少的最有效的方式! 1、加大电感和输出电容滤波 根据开关电源的公式,电感内电流波动大小和电感值成反比,输出纹波和输出电容值成反比。所以加大电感值和输出电容值可以减小纹波。同样,输出纹波与输出电容的关系:vripple=Imax/(Co×f)。 可以看出,加大输出电容值可以减小纹波。 通常的做法,对于输出电容,使用铝电解电容以达到大容量的目的。但是电解电容在抑制高频噪声方面效果不是很好,而且ESR也比较大,所以会在它旁边并联一个陶瓷电容,来弥补铝电解电容的不足。 同时,开关电源工作时,输入端的电压Vin不变,但是电流是随开关变化的。这时输入电源不会很好地提供电流,通常在靠近电流输入端(以BucK型为例,是SWITcH附近),并联电容来提供电流。 上面这种做法对减小纹波的作用是有限的。因为体积限制,电感不会做的很大;输出电容增加到一定程度,对减小纹波就没有明显的效果了;增加开关频率,又会增加开关损失。所以在要求比较严格时,这种方法并不是很好。关于开关电源的原理等,可以参考各类开关电源设计手册。 2、二级滤波,就是再加一级LC滤波器 LC滤波器对噪纹波的抑制作用比较明显,根据要除去的纹波频率选择合适的电感电容构成滤波电路,一般能够很好的减小纹波。 采样点选在LC滤波器之前(Pa),输出电压会降低。因为任何电感都有一个直流电阻,当有电流输出时,在电感上会有压降产生,导致电源的输出电压降低。而且这个压降是随输出电流变化的。 采样点选在LC滤波器之后(Pb),这样输出电压就是我们所希望得到的电压。但是这样在电源系统内部引入了一个电感和一个电容,有可能会导致系统不稳定。关于系统稳定,很多资料有介绍,这里不详细写了。 3、开关电源输出之后,接LDO滤波 这是减少纹波和噪声最有效的办法,输出电压恒定,不需要改变原有的反馈系统,但也是成本最高,功耗最高的办法。 任何一款LDO都有一项指标:噪音抑制比。是一条频率-dB曲线,如右图是凌特公司LT3024的曲线。 对减小纹波。开关电源的PCB布线也非常关键,这是个很赫手的问题。有专门的开关电源PCB 工程师,对于高频噪声,由于频率高幅值较大,后级滤波虽然有一定作用,但效果不明显。这方面有专门的研究,简单的做法是在二极管上并电容C或RC,或串联电感。 4、在二极管上并电容C或RC 二极管高速导通截止时,要考虑寄生参数。在二极管反向恢复期间,等效电感和等效电容成为一个RC振荡器,产生高频振荡。为了抑制这种高频振荡,需在二极管两端并联电容C或RC缓冲网络。电阻一般取10Ω-100 Ω,电容取4.7pF-2.2nF。 在二极管上并联的电容C或者RC,其取值要经过反复试验才能确定。如果选用不当,反而会造成更严重的振荡。 对高频噪声要求严格的话,可以采用软开关技术。关于软开关,有很多书专门介绍。 5、二极管后接电感(EMI滤波) 这也是常用的抑制高频噪声的方法。针对产生噪声的频率,选择合适的电感元件,同样能够有效地抑制噪声。需要注意的是,电感的额定电流要满足实际的要求。比较简单的做法,不再详细解释。以上就是电源纹波抑制和减少的一些方法解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-26 关键词: 电容滤波 lc 电源纹波

  • 防止电磁干扰的可行性方法,你知道哪些?

    防止电磁干扰的可行性方法,你知道哪些?

    你知道电磁干扰EMI吗?有哪些预防方法?众所周知,电磁干扰EMI,是干扰电缆信号并降低信号完好性的电子噪音,EMI通常由电磁辐射发生源如马达和机器产生。防止电磁干扰唯一的措施就是加滤波器,切断电磁干扰沿信号线或电源线传播的路径,与屏蔽共同构成完美的电磁干扰防护,无论是抑制干扰源、消除耦合或提高接收电路的抗能力,都可以采用滤波技术。本文就阐述关于该如何有效的防止电磁干扰呢? 一、线上干扰的类型 线上的干扰电流按照其流动路径可以分为两类:一类是差模干扰电流,另一类是共模干扰电流。差模干 扰电流是在火线和零线之间流动的干扰电流,共模干扰电流是在火线、零线与大地(或其它参考物体)之间流动的干扰电流,由于这两种干扰的抑制方式不同,因此正确辨认干扰的类型是实施正确滤波方法的前提。 共模干扰一般是由来自外界或电路其它部分的干扰电磁波在电缆与“地”的回路中感应产生的, 有时由于电缆两端的接“地”电位不同,也会产生共模干扰。它对电磁兼容的危害很大,一方面,共模干扰会使电缆线向外发射出强烈的电磁辐射,干扰电路的其它 部分或周边电子设备;另一方面,如果电路不平衡,在电缆中不同导线上的共模干扰电流的幅度、相位发生差异时,共模干扰则会转变成差模干扰,将严重影响正常 信号的质量,所以人们都在努力抑制共模干扰。 差模干扰主要是电路中其它部分产生的电磁干扰经过传导或耦合的途径进入信号线回路,如高次谐波、自激振荡、电网干扰等。由于差模干扰电流与正常的信号电流同时、同方向在回路中流动,所以它对信号的干扰是严重的,必须设法抑制。 综上所述可知,为了达到电磁兼容的要求,对共模干扰和差模干扰都应设法抑制。 二、滤波器的分类 滤波器是由集中参数的电阻、电感和电容,或分布参数的电阻、电感和电容构成的一种网络。这种网络允许一些频率通过,而对其它频率成份加以抑制。根据要滤除的干扰信号的频率与工作频率的相对关系,干扰滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等种类。 低通滤波器是最常用的一种,主要用在干扰信号频率比工作信号频率高的场合。如在数字设备中,脉冲信号有丰富的高次谐波,这些高次谐波并不是电路工作所必需 的,但它们却是很强的干扰源。因此在数字电路中,常用低通滤波器将脉冲信号中不必要的高次谐波滤除掉,而仅保留能够维持电路正常工作最低频率。电源线滤波 器也是低通滤波器,它仅允许50Hz的电流通过,对其它高频干扰信号有很大的衰减。 ●常用的低通滤波器是用电感和电容组合而成的,电容并联在要滤波的信号线与信号地之间(滤除差模干扰电流)或信号线与机壳地或大地之间(滤除共模干扰电流)电感串联在要滤波的信号线上。按照电路结构分,有单电容型(C型),单电感型,L型和反Γ型,T型,π型。 ●高通滤波器用于干扰频率比信号频率低的场合,如在一些靠近电源线的敏感信号线上滤除电源谐波造成的干扰。 ●带通滤波器用于信号频率仅占较窄带宽的场合,如通信接收机的天线端口上要安装带通滤波器,仅允许通信信号通过。 ●带阻滤波器用于干扰频率带宽较窄,而信号频率较宽的场合,如距离大功率电台很近的电缆端口处要安装带阻频率等于电台发射频率的带阻滤波器。 不同结构的滤波电路主要有两点不同: 1.电路中的滤波器件越多,则滤波器阻带的衰减越大,滤波器通带与阻带之间的过渡带越短。 2. 不同结构的滤波电路适合于不同的源阻抗和负载阻抗,它们的关系应遵循阻抗失配原则。但要注意的是,实际电路的阻抗很难估算,特别是在高频时(电磁干扰问题 往往发生在高频),由于电路寄生参数的影响,电路的阻抗变化很大,而且电路的阻抗往往还与电路的工作状态有关,再加上电路阻抗在不同的频率上也不一样。因 此,在实际中,哪一种滤波器有效主要靠试验的结果确定。 三、滤波器的基本原理 滤波器是由电感和电容组成的低通滤波电路所构成,它允许有用信号的电流通过,对频率较高的干扰信号则有较大的衰减。由于干扰信号有差模和共模两种,因此滤波器要对这两种干扰都具有衰减作用。其基本原理有三种: A)利用电容通高频隔低频的特性,将火线、零线高频干扰电流导入地线(共模),或将火线高频干扰电流导入零线(差模); B)利用电感线圈的阻抗特性,将高频干扰电流反射回干扰源; C)利用干扰抑制铁氧体可将一定频段的干扰信号吸收转化为热量的特性,针对某干扰信号的频段选择合适的干扰抑制铁氧体磁环、磁珠直接套在需要滤波的电缆上即可 5 电源滤波器高频插入损耗的重要性 尽管各种电磁兼容标准中关于传导发射的限制仅到30MHz(旧军标到50MHz,新军标到10MHz),但是对传导发射的抑制绝不能忽略高频的影响。因为, 电源线上高频传导电流会导致辐射,使设备的辐射发射超标。另外,瞬态脉冲敏感度试验中的试验波形往往包含了很高的频率成份,如果不滤除这些高频干扰,也会 导致设备的敏感度试验失败。 电源线滤波器的高频特性差的主要原因有两个,一个是内部寄生参数造成的空间耦合,另一个是滤波器件的不理想性。因此,改善高频特性的方法也是从这两个方面着手。 内部结构:滤波器的连线要按照电路结构向一个方向布置,在空间允许的条件下,电感与电容之间保持一定的距离,必要时,可设置一些隔离板,减小空间耦合。 电感:按照前面所介绍的方法控制电感的寄生电容。必要时,使用多个电感串联的方式。 差模滤波电容:电容的引线要尽量短。要理解这个要求的含义:电容与需要滤波的导线(火线和零线)之间的连线尽量短。如果滤波器安装在线路板上,线路板上的走线也会等效成电容的引线。这时,要注意保证时机的电容引线最短。 共模电容:电容的引线要尽量短。对这个要求的理解和注意事项同差模电容相同。但是,滤波器的共模高频滤波特性主要靠共模电容保证,并且共模干扰的频率一般较 高,因此共模滤波电容的高频特性更加重要。使用三端电容可以明显改善高频滤波效果。但是要注意三端电容的正确使用方法。即,要使接地线尽量短,而其它两根 线的长短对效果几乎没有影响。必要时可以使用穿心电容,这时,滤波器本身的性能可以维持到1GHz以上。 特别提示:当设备的辐射发射在某个频率上不满足标准的要求时,不要忘记检查电源线在这个频率上的共模传导发射,辐射发射很可能是由这个共模发射电流引起的。 四、滤波器的选择 根 据干扰源的特性、频率范围、电压和阻抗等参数及负载特性的要求,适当选择滤波器,一般考虑: 其一,要求电磁干扰滤波器在相应工作频段范围内,能满足负载要 求的衰减特性,若一种滤波器衰减量不能满足要求时,则可采用多级联,可以获得比单级更高的衰减,不同的滤波器级联,可以获得在宽频带内良好衰减特性。 其 二,要满足负载电路工作频率和需抑制频率的要求,如果要抑制的频率和有用信号频率非常接近时,则需要频率特性非常陡峭的滤波器,才能满足把抑制的干扰频率 滤掉,只允许通过有用频率信号的要求。 其三,在所要求的频率上,滤波器的阻抗必须与它连接干扰源阻抗和负载阻抗相失配,如果负载是高阻抗,则滤波器的输出 阻抗应为低阻;如果电源或干扰源阻抗是低阻抗,则滤波器的输入阻抗应为高阻;如果电源阻抗或干扰源阻抗是未知的或者是在一个很大的范围内变化,很难得到稳 定的滤波特性,为了获得滤波器具有良好的比较稳定的滤波特性,可以在滤波器输入和输出端,同时并接一个固定电阻。 其四,滤波器必须具有一定耐压能力,要根 据电源和干扰源的额定电压来选择滤波器,使它具有足够高的额定电压,以保证在所有预期工作的条件下都能可靠地工作,能够经受输入瞬时高压的冲击。 其五,滤 波器允许通过应与电路中连续运行的额定电流一致。额定电流高了,会加大滤波器的体积和重量;额定电流低了,又会降低滤波器的可靠性. 其六,滤波器应具有足 够的机械强度,结构简单、重量轻、体积小、安装方便、安全可靠。 五、滤波器的使用 为了提高电源的品质、电路的线性、减少各种杂波 和非线性失真干扰和谐波干扰等均使用滤波器。对武器系统来讲,使用滤波器的场所有: 其一,除总配电系统和分配电系统上设置电源滤波器外,进入设备的电源均 要安装滤波器,最好使用线至线滤波器,而不使用线至地滤波器。 其二,对脉冲干扰和瞬变干扰敏感的设备,使用隔离变压器供电时,应在负端加装滤波器。 其三, 对含电爆装置的武器系统供电时,应加滤波器。必要时,电爆装置的引线也要加装滤波器。 其四、各分系统或设备之间的接口处,应有滤波器抑制干扰,确保兼容。 其五,设备和分系统的控制信号,其输入和输出端均应加滤波器或旁路电容器。以上就是电磁干扰EMI的解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-26 关键词: emi 滤波技术 防止电磁干扰

  • 干扰射频的一些因素,你知道吗?

    干扰射频的一些因素,你知道吗?

    你知道是什么干扰射频吗?如今可能造成射频干扰的原因正不断增多,有些显而易见容易跟踪,有些则非常细微,很难识别发现。虽然仔细设计基站可以提供一定的保护,但多数情况下对干扰信号只能在源头处进行控制。本文讨论射频干扰的各种可能成因,了解其根源后将有助于工程师对其进行测量 跟踪和排除。 射频干扰信号会给无线通信 基站覆盖区域内的移动通信带来许多问题,如电话掉线、连接出现噪声、信道丢失以及接收语音质量很差等,而造成干扰的各种可能原因则正以惊人的速度在增长。 如今最新最先进的复杂电信技术还必须与旧移动通信系统(如专用无线通信或寻呼等)共存于一个复杂环境中,其中多数旧系统在以后若干年里还将一直用下去;与此同时,其它无线 RF 设备如数字视频广播和无线局域网等又会产生新的可能使通信服务中断的信号。由于环境限制越来越大,众多新业务竞相挤占有限的蜂窝站点,使得蜂窝信号发射塔上竖满了各种天线。而随着我们越来越多地通过移动电话联系、在互联网上观看多媒体表演和进行商业贸易,甚至不久我们的汽车、冰箱和电烤箱也将使用 RF 信号互相交流,通信的天空将变得更加拥挤。 引起 RF 干扰的原因 大多数干扰都是无意造成的,只是其它正常运营活动的副产品。干扰信号只影响接收器,即使它们在物理上接近发射器,发射也不会受其影响。下面列出一些最常见的干扰源,可以让你知道在实际情况下应该从何处着手,要注意的是大多数干扰源来自于基站的外部,也即在你直接控制范围之外。 ◆发射器配置不正确 另一个服务商也在你的频率上发射信号。多数情况下这是因为故障或设置不正确造成的,产生冲突的发射器服务商会更急于纠正这个问题,以便恢复其服务。 ◆未经许可的发射器 在这种情况下,其它服务商是故意在与你同一个频段上发射,通常是因为他根本没有拿到许可。他可能在一个频段上没有发现信号,于是假定没有人在使用该频段,于是擅自加以利用。发放许可的政府机构通常有助于赶走这类无照经营者。 ◆覆盖区域重叠 你的网络或其它网络的覆盖区域在一个或多个信道上超过规定范围。天线倾斜不正确、发射功率过大或环境变化等都会引起覆盖区域重叠,如某人砍掉了一片树林或推倒一个建筑物,而这些原本可以阻挡另一位置上所发出的信号。 ◆自身信号互调 两个或两个以上信号混在一起后会形成新调制信号,但却不是任何所希望的信号。最常见互调是三次信号,例如两个间隔为 1MHz 的信号会在原高频信号之上 1MHz 和低频信号之下 1MHz 各产生一个新信号,如果原来两个信号分别处于 800 和 801MHz 频段,则将在 799 和 802MHz 出现三次信号。 ◆与另一发射器信号互调 互调干扰也可能由于一个或多个外部无线信号通过天线馈送同轴电缆 ,然后进入造成冲突的发射器非线性终端放大器 造成,外来信号相互混杂并与发射器自己的信号混在一起,形成一个看上去像是通信频段中的“新”频率互调信号(经常都是不希望的)。 也可能由两个外部信号产生干扰信号,而造成冲突的发射器本身的信号没有参加,外部信号只是正好用到发射器的非线性级而混在了一起。在这种情况下,混在一起的两个信号没有一个有问题,肇事者是发射器。 解决这个问题有点难度,因为它要求对看上去工作正常的发射器进行改动。需要增加一个窄带滤波器 以尽可能衰减外面的信号,再加一个铁氧体绝缘子使 RF 从发射器传送到天线并衰减馈线上返回的信号。在同时使用多个不同频率的发射塔上,业主经常要求所有发射器都安装这类滤波器和绝缘子。 ◆生锈的围墙 / 房顶等造成的互调 发射器并不是互调信号的唯一滋生地,非线性连接也可能是附近生锈的白铁皮房顶或围墙。当无线发射功率很大时,房顶各部分之间生锈部分将起到非线性二极管 的作用,像这种来自物理结构的互调影响很难阻止,因为它们因天气状况而异,风会把金属生锈部分压在一起或分开,雨则改变铁锈特性。严重影响通信的必须进行维修或替换,以恢复可靠的通信连接。 ◆天线或连接器中的互调 有时即使同轴电缆或天线本身一点很小的腐蚀也会产生问题,尽管还不足以引起信号丢失或 VSWR 问题,但腐蚀会像一个品质很差的二极管一样造成细微互调。如果附近有几个大功率发射器,那么产生的互调会强到足以干扰移动手机与基站之间的微弱通信信号。找出这类问题根源最难的地方在于松开天线系统一个连接器会打乱氧化 程度并暂时使问题中止,此时你必须花更多时间认真记录旋松或拧紧的是哪一个连接器并在每步之后进行试验以确定它是否就是罪魁祸首。 ◆正规发射器超载 发射器发出的任何频率强信号都会使邻近系统超载,唯一解决办法是在接收器天线电缆上安装一个滤波器,使希望的信号通过,而将超载信号衰减。 ◆邻近发射器上相邻信道功率 随着分配的频谱越来越拥挤,互相竞争的无线业务所分到的频率越来越接近,从而使一个系统发射信道噪声边带出现在或阻止另一个临近接收信道的风险增加。如果发射器符合技术规范要求,则需要更改信道或增加发射器和接收器之间的物理分隔。 ◆广播发射器谐波 大功率源如商业广播电台等会产生大功率信号谐波,例如一个 5MW 发射器很容易产生 5W 谐波,足以干扰附近的移动通信。如果该发射器符合所有规范和政府规定,那么唯一的解决方法可能只有迁移通信天线以避开发射器,或者重新分配频率方案使得造成冲突发射器附近的通信基站使用的是不受其谐波能量影响的信道。 ◆“老爷”级 STL 用户 在蜂窝系统出现之前,900MHz 和 1,400~2,200MHz 波段通常分配用于广播电台的演播室与发射器连接(STL)。政府现已将这些频率重新分配给蜂窝运营商,但是他们常常又没有限制老用户,而让他们继续在没有冲突的频率上运营。当在这些频段开展新的蜂窝业务时,那些发射器应该转向新频率,但有些还需要加以“提醒”。 ◆音频整流 在极个别地方,基站控制器端还在使用模拟音频输入传送给无线输出,因此会受到附近 AM 广播或短波电台强信号的影响。AM 信号可能进入音频电路 后并被整流,使得电话交谈中混入广播音频信号。在与基站连接的音频部分周围进行良好屏蔽应能解决这个问题。 认识干扰源类型 干扰可以按其自身特性进行分类,也可以按它对基站和手机通信的影响来分,冲突频率是显示干扰源和干扰结果最常用的指示器。 ◆频外干扰源 这是一种主要干扰,包括一些与接收器频率相近而不相同的强信号,强度很大足以影响输入。这些信号通常很接近预定频率,因为接收器输入滤波器会滤掉其它相差太远的信号。 让我们来看一看接收器受到的两种影响。一种是前端阻塞,它由于强信号进入接收器使第一级(前置放大器或混频器)过载完全饱和引起,这样会使更强信号无法接收。另一个影响是减感效应,附近的信号进入接收器后被 AGC(自动增益控制)发现或者启动限制器电路,造成增益下降。接收器表现得就像是灵敏度降低,因此微弱信号会丢失,对强信号的信噪比也将减小。 ◆频内干扰源 第二类干扰包括和预定通信信号频率一样的信号(无论强弱),通常由下列情况引起: ·正常手机信号超出其预定范围 ·发射器故障或配置不当 ·正常发射器的信号谐波 ·其它电气装置辐射出的无意干扰信号 ◆频外干扰源产生的频内影响 这类干扰源最难跟踪,看上去是在频率内的信号,但却没有明显的干扰源,例如两个或以上在其自己频率上完全正常的信号在非线性元件内混合后形成的互调信号。 ◆有意干扰 不怀好意的故意干扰通常是在信号频率内,表现得更像是一个配置不当的发射器。我们将它单独分类是因为它通常具有特别难以捉摸和有害的特性。 有这样一个有意干扰的例子,有人在丛林山上某处远距离攻击一个双向无线转发器系统。系统开始时在其输入频率上收到一个非常微弱的信号(其中正确的音频解码激活了转发器),只在夜间出现,该信号一直留在空中,最后使转发器超时继电器 失效并使系统瘫痪直到早晨信号消失。干扰源特别难查找是因为信号太弱而无法发现,并且它只在夜里发射。最后找到时才发现干扰源是位于转发器天线杆附近一棵树顶上的一个带小型太阳能电池板的微型发射器,发射器白天关闭,其太阳能电池 板则利用此时给电池充电。 ◆谐波 上面几种还是指相对干净的原始信号,在实际情况下,信号中还有强到能产生干扰的基频谐波,例如美国甚高频电视发射器就要求安装一个滤波器将其谐波至少减小到主载波 60dB 以下。最麻烦的谐波是三次谐波,因为它很容易由发射器中小的非线性元件产生。一个在 621.25MHz 下工作的 5MW 电视信号发射器,其三次谐波为 1863.75MHz,即使在 60dB 以下(滤波之后)三次谐波还有 5W!从俯瞰城市的高处发出这种频率和功率信号很容易给全城蜂窝移动通信信号带来极大破坏。 谐波信号还有一个特性使它更难辨识其来源。产生谐波的乘法过程会改变频谱图,其宽度和偏差都要乘以和载波频率一样的因数。例如一个位于 157.54MHz 下 13kHz 宽的双向无线 FM 信号的 10 次谐波为 130kHz 宽,基波只有 5kHz 偏移在谐波频率 1575.4MHz 下会变成 50kHz。如果这种发射器与一个基站共用一个发射塔,其 10 次谐波将完全覆盖 GPS 接收器,使基站瘫痪。对一个 100W FM 发射器,总共需要约 195dB 的衰减才能避免这种干扰,要用天线隔离和滤波器抑制才能实现。 本文结论 我们讨论了移动通信系统中常见 RF 干扰产生的原因,并提出一些排除故障的方法。有了比较多的了解后,工程师就能更好地应用新的干扰测量工具来认识和跟踪干扰源。以上就是干扰射频的一些可能性因素,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-26 关键词: 无线通信 发射器 谐波

  • 变频器节能的基础知识,你值得一看

    变频器节能的基础知识,你值得一看

    你了解变频器节能吗?当今的快速发展的时代,什么都追求最完美的,比如说LED领域既环保又节能,最终成了消费者的不二选择,同样在加工制造业由于发展需求,变频器则充当LED的地位,泵类、风机等设备的各大应用领域被广泛使用。随着技术不断改革,进入商业市场,节能低耗和降低成本更是我们所关注的重要因素! 变频技术使用的基本原理:在很长的一段时期内,电气设备所使用的交流电的频率都是维持在一个固定的状态,变频技术的运用就是使频率变成了一种可以随意的调节和利用的资源。现如今,变频技术中最活跃以及最快发展的就是变频的调速技术。 变频技术包括计算机技术、电力电子技术、点击传动技术,是一种综合性比较强的技术,结合了机械设备和强弱电。就是指在工频电流的信号转化成其他的频率,这种转化主要是通过半导体元件来完成的,之后再将交流电转化成为直流电,在逆变器对电流和电压进行调控的同时使机电设备达到无极调速的程度。 总而言之,变频技术就是通过电流改变频率来对电机的转速进行控制,从而使有效的控制电机设备,这些都是在电流频率与电机转速同比增长的基础上来完成的。变频技术的特点就是能够使电机平稳的运行,可以进行自动的加速和减速的控制,在能够提高工作效率的同时减小对于能源的消耗。 在变频器的日常运用中,主要是运用转矩直接控制和矢量控制的方式,在变频器的今后发展中人工神经网络以及模糊自优化的控制方式,而且,变频器通过不断地发展,其综合性会越来越高,在完成基本调速的功能基础上,还具有在内部设置的通信、可编程序以及参数辨识的功能。 根据流体力学,功率=压力*流量,流量和转速的一次方是成正比的,压力与转速的平方是成正比的,功率和转速的立方成正比,如果说水泵效率固定的话,当调节流量下降时,转速就会成比例下降,输出的功率也就成立方关系下降,所以说,水泵的转速与电机耗电功率是近似立方比关系。举个例子,一台功率是55kW的水泵电机,将它的转速调到原来转速的80%的时候,它的耗电量是28kW/h,省电率是48%。但是如果将转速调到原来的50%的时候,耗电量就变成了6千瓦每小时,省电率达到87%。 无功的功率不但会使设备发热,增加电线的磨损,最重要的一点就是功率因数降低导致了电网的有功功率也随之降低,所以,造成了大量无功电能在线路当中消耗掉,导致设备的使用效率降低,浪费现象非常严重,使用了变频调速设备装置之后,因为变频器内部的滤波电容作用,从而使无功损耗得到进一步减少,使电网有功功率得到增加。 由于电机是通过Y/D启动或者直接启动的方式进行的,启动的电流是额定电流的四到七倍,这样就会对供电电网和机电设备造成严重冲击,而且这样对电网的容量要求也是非常高的,在启动的时候会产生比较大的电流,而且在震动的时候对阀门和挡板的损害也是非常大的,对管路和设备的使用寿命也是非常不利的。变频装置的使用,利用变频器软启动的功能,使启动的电流从零开始,最大的值也不会超过额定电流,所以使其对电网的冲击以及对供电容量的要求也大大减轻了,使阀门和设备的使用寿命也大大延长了。 我们利用在160kW的循环水泵上安装变频调速器为例子,对变频节能设备进行改造,分别测试了改造前后的用电量,取得了非常满意的效果。在循环水泵的工作中,当流量由于工艺的需要而改变时,就要运用调节水泵出口和入口的开度方式来对水泵的实际流量进行改变,这种调节方式被称为节流调节,在本次举例中,出口和入口的阀门开度都是60%上下,从电能利用的方面来说,这是一种很不经济的调节方式。 在循环水泵的工作中,当流量由于工艺的需要而改变时,入口和出口的阀门都完全打开,运用对电动机转速进行调节的方式来寻找合适的、新的工作点,从而得到合适的流量。根据实际情况和现场的需要来实现手动控制或自动控制,在本例中,因为不需要频繁地对流量进行调整,所以根据现场的实际情况和需要,确定出电动机实际工作的频率是40Hz,并且采取了手动控制的方式,主要目的就是为了节约电能。 实现了完全意义的软启动,在电机进行启动的时候,转子的转速随着输入电源的频率增加而慢慢增加,使速度得到平稳提升,整个系统的启动时间设为20s左右,不会对系统造成冲击,比原来的启动方式更平稳。 电网所运用的电流也得到大幅度下降,使电气设备的使用更加安全,同时也因为频率降低后,电机的转速也随之降低,对机械的磨损也就减少了,也使发生故障的概率大大降低,减少了维修经费。使为水泵提供电能的变压器节约出了大部分的供电容量,单纯的有功负荷下降,节约出的容量大约是50千瓦,提高了设备的利用效率。电机功率的因数也相应得到提高,这样就使电机的运行更加经济。 变频技术的使用提高了产品质量,降低了能耗,节约了能源,也进一步提高了企业的经济效益,变频调速技术的应用就是要对这些设备进行改造,从而达到节约能源的作用。以上就是变频器节能的解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-26 关键词: 变频器 降低成本 节能低耗

  • 电池监测系统中的温度测量精度的提高方法

    电池监测系统中的温度测量精度的提高方法

    你知道电池监测系统中的温度测量精度的提高方法吗?正如《下一代电池监控器:如何在提高精度和延长运行时间的同时提高电池的安全性》这篇文章所提到的,精确监控电池电压、电流和温度有助于确保适用于包括真空吸尘器、电动工具和电动自行车等大众消费品的系统安全运行。在本文中,我们将更深入地研究锂电池的温度监控,包括系统安全运行的正确配置。 当锂电池在超出电池制造商规定的温度范围工作时,有发生热失控的风险,最终可能导致起火或爆炸。因此,为确保系统安全并符合各种标准要求,每当电池温度超出指定温度范围时,必须禁用电池。但是,了解何时禁用电池取决于电池监控器和保护器温度测量子系统的准确性,这对于确保系统安全运行至关重要。 德州仪器电池监控器和保护器系列的最新产品BQ76942(3个电池串联[3S],高达10S)和BQ76952(高达3S至16S),集成了16位/ 24位Δ-Σ模数转换器(ADC),在各种电压测量之间进行多路复用,包括测量内部芯片温度和外部热敏电阻。 BQ76942 (10S)和BQ76952 (16S) 包含一个基于 ADC 使用其内部基准测量ΔVBE 电压的内部芯片温度测量。该电压被转换为温度读数,可通过串行通信接口读取。 两款电池监控器均支持使用多达9个器件引脚上的外部热敏电阻进行温度测量,这可以让系统设计人员更灵活地选择在电池组中何处测量温度。可指定单独的热敏电阻测量值和内部芯片温度读数,以用作电池温度、场效应晶体管(FET)温度或两者均不使用。 保护子系统使用指定为电池温度的测量值来识别充电中的电池温度过高/过低或放电中温度过高/过低的情况,以及确定是否允许电池平衡。指定FET温度的热敏电阻用于识别FET过热。任何启用但未指定用于电池或FET温度的热敏电阻都将用于温度报告,但不会被保护子系统使用。 内部芯片温度还决定是否允许电池平衡,以及是否应将器件置于关闭状态,以避免在超出其指定工作温度范围时出现错误运行。 热敏电阻是在连接到与REG18(~1.8V)低压差稳压器相连的内部上拉电阻时进行测量,如图1所示。 图1:使用外部热敏电阻进行温度测量 在运行期间,该器件使用可编程为18kΩ或180kΩ的内部上拉电阻,一次自动偏置一个热敏电阻。上拉电阻器在出厂调试期间进行测量,其值以数字方式存储在器件中,用于温度计算。 电压ADC以REG18电压为基准,按比例测量热敏电阻引脚电压。每个热敏电阻上的电压每隔一到三个测量循环测量一次。原始ADC计数值可通过DASTATUS6()子命令获得。在正常模式下,器件每隔250ms将这些测量值转换为温度;在睡眠模式下,器件每隔一次测量将这些测量值转换为温度。 BQ76942 和 BQ76952采用基于ADC测量的五阶多项式来计算温度。这些器件包括用于以下各项的默认多项式系数: l使用18kΩ上拉电阻的Semitec 103-AT热敏电阻(25°C时10kΩ,B25/85 = 3,435 k)。 l使用180kΩ上拉电阻的Semitec 204AP-2热敏电阻(25°C时200kΩ,B25/85 = 4,470 k)。 为与其他热敏电阻配合使用而优化的自定义系数也可写入寄存器或一次性可编程存储器中。 每个启用的热敏电阻计算的温度以0.1°K为单位,可通过使用串行通信接口进行读取。 结论 BQ76942 和BQ76952电池监控器和保护器包含一个高性能的测量子系统。该子系统集成了一个内部芯片温度测量,并支持多达9个用于电池或FET温度测量的外部热敏电阻。这些器件可用于诸如电动工具和电动自行车等各类应用,以通过监控电池温度并在情况变得危险时禁用电池组来确保系统安全。以上就是电池监测系统中的温度测量精度的提高方法解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-26 关键词: 德州仪器 电池监测系统 温度测量精度

  • 高电压电池组的设计技术,你知道吗?

    高电压电池组的设计技术,你知道吗?

    什么是高电压电池组?你知道吗?绿色能源是电池行业一直不变的发展目标,在未来的时间里要面对严峻的考验和挑战。其实我们嘴中的绿色能源,无非就是将电池里面的电能转化成“可储存”和“便携式”能源,这样能量效率将获得显著改善,而且可再生能源的推动工作也将取得进展。本文带着大家了解高电压电池组是如何完成设计挑战的? 对电能的规范化可以同时实现规模经济,并免除局部燃料消耗所需的基础设施。优越的电能可储存性便于发电(效率最高,且不是“按需”型的),目前的情况大体如此。例如:风力发电和太阳能发电未必与峰值功率需求模式相吻合,而可储存特性则能缓解这个问题有所缓解。优越的便携性允许电能作为汽车(耗能大户)的能源。随着时间的推移,其他倾向于使用绿色能源的应用肯定将得益于此项技术。 电动汽车对电池系统的要求 电动汽车为绿色革命提供了一个巨大的发展机遇,原因有很多。电动汽车采用电网电力取代了燃气动力。电网电力的生成效率很高,可以从几乎所有的能源来获得。此外,电动汽车的能源使用效率也高于燃油汽车。大多数汽车在运行时将经历一个“加速、减速和空转”的连续周期。相比之下,易变的负载(比如加速或减速)更有利于电动马达(而非燃油引擎),因为它在低速条件下提供了高转矩。燃油引擎的工作效率只在一个很窄的速度/负载范围内达到最高,而且为满足峰值加速的需要,它必须是超大型的。用于把汽油能量转换为动能的引擎效率通常为 20%,而电动马达将电能转换为动能的过程中可以实现 90% 的典型效率。此外,电动马达还无须在停靠时因为空转而无谓地消耗能量,而且电动系统还具备通过再生制动来恢复机械能的潜力。通过电动汽车的典型能耗成本仅为0.013美元/英里这一事实,便能看出能量效率的整体改善情况。 遗憾的是,在现今的市场上,纯电动汽车还不是一种可行的解决方案,因为其行驶距离受限于车上所能储存的能量。如今常见的电池组在充电8小时之后能够让一辆电动汽车行驶100英里。而一个普通的汽车油箱则能为一辆标准汽车提供300英里的行驶距离,且只需几分钟的时间就能完成加油。如果想得到美国消费者的广泛接受,那么电动汽车必须延长行驶距离和/或缩短再充电时间。应运而生的解决方案是“油电混合动力车”,它把燃油引擎和电动传动系统组合起来,以提供足够的行驶距离,同时仍然拥有绿色能源的大多数好处。油电混合动力车采用车载燃气引擎(用于电池充电),并在需要时在最有效的速度/转矩范围内操作该引擎。 毫无疑问,电动汽车的成功将有助于其它应用的高性能电池系统找到属于自己的生存空间,从而推进其价格的下降和性能的提升。对于局部发电(包括小型光伏或风力发电系统),电池可以起到至关重要的平衡作用,且当可以使用电网电力时,它还能充当一个后备电源系统。目前的电池系统相当昂贵而且庞大,且存在可靠性和安全方面的问题。下一代电池系统将提供较高的能量密度,旨在实现外形较小、价格较低、可靠性和安全性更高的解决方案。 高电压电池组的设计挑战 对于大功率电池应用而言,锂离电池可作为首选的化学电池,主要因为它的能量密度高。当今的电动汽车和油电混合动力车采用的是NiMH电池,如果采用锂离子电池将使其能量储存密度提高400%。然而,为了使锂离子电池在多达数千次的充放电循环过程中保持可靠,电池系统必须解决诸多技术难题。 锂离子电池的性能取决于电池温度和使用期限、电池充电和放电速率以及充电状态(SOC)。这些因素并不是独立的。例如:锂离子电池在放电时将产生热量,从而增加放电电流。这有可能形成热失控状态,并导致灾难性故障的发生。此外,把锂离子电池充电至100% SOC或放电至0% SOC将迅速降低其容量。因此,必须将锂离子电池的操作限制在某个SOC范围内,比如20%至80%,此时的可用容量仅为规定容量的60%。不仅如此,锂离子电池还具有平坦的放电曲线(图1),其中1%的SOC变化可能仅表现为数毫伏的电压差异。为充分利用电池的可用电压范围,电池系统必须非常准确地监视电池电压(它直接对应于SOC)。 除了锂离子电池的敏感特性之外,把电池组合在一起的方法也是一个重要的考虑因素。如欲从一个电气系统(比如用于给车辆加速所需的电气系统)来提供有效的功率,则需高达数百伏的电压。举例来说,在1V电压条件下输送1kW功率需要1,000A电流,而在100V电压条件下输送1kW功率则仅需10A电流。系统布线和互连线中的固有电阻将转换成IR损耗,因此设计师需采用切实可行的最高电压/最低电流。以上就是高电压电池组解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-26 关键词: 绿色能源 电动汽车 高性能电池系统

  • 终极形态的核电池基础知识,你了解吗?

    终极形态的核电池基础知识,你了解吗?

    什么是终极形态的核电池?生活中,我们常常被蓄电池的电量不足弄的相当尴尬。在这时候,经常会感慨如果电池能一次用上百年是多么令人省心和愉快啊。其实,我们人类真的有这种终极形态的电池 - 核电池。并且在 60 年代就获得了长足的发展,在航天,医学,军事上的应用非常广泛。 获取核能有三种形式:核裂变,核聚变,核衰变。原子弹是裂变,氢弹是聚变。原子通过分裂或聚合的反应方式释放能量,都是惊天动地,山崩地裂。而核衰变,是放射性原子持续向外自发释放能量的过程。过程温和,功率相对于核反应,忽略不计。目前人类使用的核电池即是核衰变电池。也是初代核电池。 未来科技发展,二代核电池也将和电影“终极者”T800 引爆的核电池,“钢铁侠”胸口的核聚变电池一样,成为一个微型核反应堆,为使用者提供着巨大而源源不绝的能量。 放射性同位素在衰变过程中,会持续不断的放出具有热能的射线。利用半导体换能器将热能转换为电能的装置即为核电池。以原子自然衰变释放的能量为动力。 一般核电池外观与普通化学电池相近,为圆柱形。在圆柱的中心密封有放射性同位素源,外面包裹着半导体换能器。换能器的外层为防辐射屏蔽层,最外层是金属筒形的外壳。 核电池按放射性元素的不同可分为高电压型和低电压型。高电压型应用在航天与军事用途上。低电压型体积可以制造的很小,通常在医学领域应用。 美国近年研发的微型核电池,大小可以控制在一元硬币大小。但是电力是普通化学电池的 100 万倍。这类电池的研制成功,对微型机器人,微型机电系统和系统集成化,多功能化有着极其广阔的应用前景。 应用场合: 医学医用核电池大小通常是直径 9 毫米,长度 13 毫米的圆柱形电池状,重量一般在 40-100 多克。世界上已经有数以万计的心脏病患者植入了核电池驱动的心脏起搏器。给予了他们第二次生命,使用寿命在 15 年。 如果更换为相同功率和寿命的化学电池,那么和人体的体重一样重。化学电池植入体内的患者需要频繁进行开胸手术来更换,这无疑是冒着生命危险承受巨大的痛苦。 航天对太空飞行器而言,重量和性能的要求极其苛刻。核电池因为充足的能量超长的寿命,不受外界环境的温度,压力,化学反应,电磁反应等影响持续释放能量的特性,而拥有化学电池不可比拟的优势,只要空间存在,就可以工作的能力,简直是太空飞行的最佳电源。目前掌握核电池制造研发能力的国家是中美俄三国。 下图宇航员手持圆柱形设备即是核电池 1959 年,世界上第一颗核电池在美国诞生。重 1.8 公斤,280 天内可以释放 11.6 度电量。之后核电池进入了飞速发展时期。 1961 年,美国第一颗人造卫星“探险者一号”首次携带核电池进入外层空间工作。开始进行让卫星携带核电池进入外层空间工作的测试。 在之后的 10 年间,通过对“子午仪”号系列导航卫星,“林肯”号实验卫星以及“雨云”号系列气象卫星这些卫星使用核电池的数据进行分析改进后,1969 年阿波罗 11 号登月飞船,携带了两颗使用钚 -238 作为放射性同位素的核电池登上了月球。 正是核电池的应用,太空无人探测器才具有了远离太阳,探索深空的可能。当太阳能电池不能获得足够太阳光的时候,只有核电池才能支持探测器继续工作。 之后的“海盗”,“先驱者”,“旅行者”等一系列探测器在核电池的支持下,才有了探测木星,土星,海王星等一系列远征。才能够让探测到的信息和资料回传给地球,让我们得以看到这些遥远邻居的近貌。 尤其是“旅行者”一号,迄今为止远离地球 211 亿公里,飞行 40 年,已到达太阳系行星轨道之外,这是人类史上最远的飞行,核电池依然在履行职责,让人类知道了太阳风的边缘世界信息。 著名的“好奇”号火星车全核电池供电,已经取消了太阳能电池供电板。 下图后方黑色圆柱体为核电池 苏联时期,在 60-80 年代,也发射了几十颗核电池卫星,用于海洋检测侦察使用。这些卫星是低轨卫星,组成了苏联著名的“神话”海天侦测系统。主要的任务就是在全球实时追踪定位美国的航母战斗群。需要不间断向地面发射坐标和图像信息,核电池加太阳能的组合可以很好的满足大功率长时间的工作。 在 1982 年英阿马岛战争期间,苏联通过“神话”掌控了英国舰队的动向,联络阿根廷政府希望提供情报,结果被阿根廷拒绝。好吧,阿根廷不相信眼泪。 中国的航天同位素核电池由中国原子能科学研究院在 2006 年研制成功。“嫦娥”探测器登月,即使用了核电池。 月球白天黑夜的交替是 14 天一次,月球白昼温度 127 摄氏度。黑夜温度骤降至零下 190 摄氏度,300 度的温差,如此寒冷的温度,“玉兔”月球车上的所有仪器都会被冻坏。如此低温,无论是锂电池,还是氢电池或者铝电池,全都不能正常工作。黑暗中的月球车和嫦娥探测器就依靠核电池的能量保持温度和地面的通讯。等待着白昼的来临。 核电池的优点非常多,但是一样有缺点。作为目前使用的初代核电池,受限于热能转换材料的性能,只有 10%-20%的热能被利用。其余的能量被浪费无法转换。受限于热能转换率,电流有限,如果要提供足够的功率,大体积随即会产生高辐射。使用的钚等元素的毒性,也极强烈,这是一把双刃剑,只有等待将来了。 随着科技和材料性能的提升,在进一步提高热能转化率和更换放射性同位素之后,将来的应用领域将更加广泛,包括地球上的极地,海岛,高山,沙漠,深海等自然环境恶劣,交通不便的地方,都会是它大显身手之地。 但是,在民用领域,核电池的推广和普及有极大的难度。首先是价格问题。电池原料使用的钚,钋等都很难获得,有些甚至需要在核裂变乏材料中提取。价格注定非常昂贵。 最大的障碍还不是价格,泛民用还会引发核安全问题。收集储存电池芯,将会很容易制造出一颗脏弹,每个人都将具有摧毁社会的能力。被特殊组织利用,将会是一场接一场的人祸。 其次是安全性问题。美苏都发生过电池破裂烧毁丢失的事故。虽然现在的核电池已经做的极度安全,但是一旦出现破裂摔坏,内部的放射性元素会直接暴露在空气中。这会引起民众极大的担忧。 1997 年美国太空总署发射“卡西尼”土星探测器的时候,就发生过民众抗议事件。担心发射失败电池会造成环境污染。 虽然核衰变电池不会爆炸,只是缓慢释放能量而不发生反应,不用担心成为微型原子弹,但是辐射,一样让绝大多数普通民众谈核色变。当下,我们只有在专业领域,看它大放异彩了。特别是充满了幻想和未知的太空,这是核电池的应用海洋。以上就是终极形态的核电池解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-26 关键词: 半导体 换能器 核电池

  • 全小分子有机太阳能电池基础知识,你了解吗?

    全小分子有机太阳能电池基础知识,你了解吗?

    什么是全小分子有机太阳能电池?你知道吗?我们生活日常离不开太阳,不仅可以促进植物生长,还能为人类提供能源,在光伏能源方面更是极大力度有效的利用太阳能。众所周知,有机太阳源电池更是作为新一代太阳能电池技术的发展方向,并备受大家的广泛关注。本文带着各位全面解析能源之全小分子有机太阳能电池。 目前制备高效有机太阳能电池的主流策略是使用聚合物给体和非富勒烯受体材料构建活性层。但聚合物材料在制备过程中通常存在分子量和分散度难以精确控制、难提纯、材料的批次稳定性差等问题,相应制备的有机太阳能电池效率的重复性降低,不利于大规模商业化应用。 而有机小分子的分子量确定,可以精确合成,易于提纯,批次稳定性好,有利于大规模制备。因此,全小分子有机太阳能电池具有较高的商业化应用潜力。但由于全小分子电池给体和受体都为小分子结构,使得其难以形成像聚合物薄膜那样较为理想的双连续互穿网络形貌。 过强的给体结晶会使给体与受体严重共混,而太弱则不利于给体分子间紧密的π-π堆积,从而降低电荷传输。所以全小分子电池中难以调控的相形貌,致使其光电转化效率一直处于较低水平。 近期,中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义团队报道了一种具有13.34%光电转化效率的非富勒烯全小分子有机太阳能电池,这是目前已报道的全小分子有机太阳能电池的最高效率之一。 研究发现使用双氟原子修饰基于苯并二噻吩(BDT)单元的小分子给体的侧基,能有效提升器件电压,降低分子结晶性,改善相分离形貌;同时氟原子的引入能促使分子间更紧密的π-π堆积,从而使器件的效率获得显著提升。 该研究进一步系统分析了不同取代位置和个数的氟化对于器件性能和分子堆积的影响,发现单氟取代对小分子的π-π堆积影响较小,并且其主要通过降低分子的HOMO能级来提升器件性能。 而BDT连接的上下噻吩侧基的双氟化,则有利于形成F-H的非价键力作用,分子扭转角最小,最利于材料的共轭平面堆积,进而得到最高的光电转化效率。 相关成果以13.34% Efficiency Non-fullerene All-Small-Molecule Organic Solar Cells Enabled by Modulating the Crystallinity of Donors via a Fluorination Strategy 为题发表在《德国应用化学》杂志上。目前太阳能还未能更好被人类利用,需要科研人员不断努力,研究出更高效地产品,这样才能保证我们人类的能源够人类发展所需。以上就是全小分子有机太阳能电池解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-26 关键词: 太阳能电池 可再生能源 光伏逆变

  • 你知道太阳能路灯还需要电池吗?

    你知道太阳能路灯还需要电池吗?

    你了解太阳能路灯吗?它需要电池吗?随着国家各种节能减排的政策不断实施,能源方面得到不错的发展规划。本文带各位了解关于太阳能路灯还需要电池吗? 锂电池体积小,重量轻,便于运输。与同功率太阳能路灯用铅酸胶体电池相比,重量约为三分之一,体积约为三分之一。因此运输更容易,运输成本自然下降。锂电池能量密度高,寿命长。能量密度是指储存在一定空间或质量单位内的能量量。电池的能量密度越大,单位重量或体积所储存的电量就越多。影响锂电池寿命的因素很多,其中能量密度是最重要的内部因素之一。 太阳能路灯采用锂电池安装方便传统太阳能路灯安装时,需要预留一个电池坑,将电池放入地下箱内密封。锂太阳能路灯的安装更加方便,锂电池可以直接安装在支架上,使用悬挂式或内置式。锂离子太阳能路灯易于维护。锂离子太阳能路灯在维护过程中只需要将电线杆或电池板上的电池取出即可。与锂电池点焊机生产的锂太阳能路灯相比,传统的太阳能路灯需要挖掘地下电池进行维护更多的麻烦。 我相信每个人都熟悉电池,知道它需要能够储存电能。锂电池组装设备太阳能LED路灯的电池也是如此,它也被用来储存电力和提供照明。其类型一般有铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池。然而在路灯照明中,使用的胶体铅酸蓄电池较多。它可以满足夜间照明的前提,储存白天太阳能产生的能量,储存能量以满足连续雨夜照明的照明需求。 对于电池的容量来说,如果太小就不能满足夜间照明的需要。如果电池容量过大,电池就会处于断电状态,影响电池的使用寿命,也会造成一定的浪费,增加不必要的成本。18650锂电池不是一个简单的整体,它需要匹配太阳能光伏电池板和负载功率。这样就可以充分利用其功能,提供电能的存储功能。 对于太阳能路灯来说,它的一些组成部分,每一个部分都是非常重要的,所以我们必须注意它。对于太阳能路灯的电池来说,它是保证照明的基础,所以必须选择和使用正确的。以上就是太阳能路灯的解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-26 关键词: 太阳能 锂电池 路灯

  • PWM和MPPT的不同点,你知道吗?

    PWM和MPPT的不同点,你知道吗?

    你知道PWM和MPPT的不同点吗?本期的话题是围绕智能能源展开的,说到智能能源离不开太阳能不变的话题。在光伏逆变太阳能:最大的痛点就是如何保护蓄电池,防止蓄电池过充等功能。目前控制器最主要的技术路线:脉冲宽度调试方式和最大功率点跟踪方式,每种方式各有其优点和缺点,不同场景去选择最适合的控制器技术方案。 1、PWM控制器 早期的光伏控制器都是PWM的,这种电气结构简单,控制器由一个功率主开关和电容以及驱动和保护电路组成,通过开关管的PWM占空比,来控制输出电压。 PWM控制器,连接太阳能阵列和电池板之间只有一个开关,随着电池被逐渐充满,电池电压升高,PWM控制器会逐渐减少提供的给电池的电量,光伏输出不一样会按最大功率输出。PWM控制器,具有蓄电池充放电管理功能,能防止蓄电池过充和过放。 由于PWM型控制器太阳能组件和蓄电池之间只有一个开关相连接,中间没有电感等分压装置,因此在设计时,组件的电压大约为蓄电池的电压1.2-2.0倍,如24V的蓄电池,组件输入电压在30-50V之间,每串只能配一块组件,48V的蓄电池,组件输入电压在60-80V之间,每串只能配两块组件。 2、MPPT控制器 MPPT控制器是第二代太阳能控制器,同PWM控制器相比,它多了一个电感和功率二极管,因此功能更强大。 一是它具有最大功率跟踪功能,在蓄电池充电期间,太阳能组件能以最大功率输出,除非电池达到饱和状态;二是光伏组件的电压范围宽,控制器中间有一个功率开关管和电感等电路,组件的电压是蓄电池的电压1.2-3.5倍之间,如果是24V的蓄电池,组件输入电压在30-80V之间,每串可以配一到两块组件,如果是48V的蓄电池,组件输入电压在60-110V之间,每串可以配两到三块组件。 如何选择PWM和MPPT控制器 PWM和MPPT控制器都有自身独特的优点和缺点,选择哪种方案取决于太阳能光伏阵列的设计特性、成本以及外部环境等条件。当我们选择时要重点考虑以下几点因素: PWM方式技术成熟,电路简单可靠,价格便宜,但组件的利用率较低。组件的利用率约为80%以上;MPPT太阳能控制器,指具备最大功率点跟踪功能的太阳能控制器,组件和蓄电池之间有一个BUCK降压电路,组件的利用率约为90%以上。 2kW以下的小型离网系统,主要用户是贫困无电地区,如偏远山区,非洲某些贫困国家,主要是解决照明的需求,用户对价格很敏感,因此建议采用PWM的控制器,修正波的逆变器,把控制器、逆变器和蓄电池做成一体。这种方式结构简单,效率高,用户接线方便,价格也很便宜,带动灯泡、小电视、小风扇也没有问题。 2kW以上的离网系统,建议采用MPPT控制器,组件利用率高,整机效率高,组件配置也比较灵活。总的来讲,没有哪一种技术是最好的,因此对于用户来说,应该听从专家的意见,确保选择正确的控制器来满足自己的需要。如果某一天人们能高效利用太阳能,相信能解决很大的能源问题,毕竟太阳能是符合可持续发展战略的,能保证人类的永续发展,需要我们科研人员更加努力。以上就是PWM和MPPT的不同点解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-26 关键词: 太阳能 mppt 光伏逆变

  • FPGA隐藏的一个安全漏洞曝光!

    FPGA隐藏的一个安全漏洞曝光!

    这段时间,波鸿鲁尔大学霍斯特·戈茨IT安全研究所和马克斯·普朗克网络安全与隐私保护研究所的研究人员在一项联合研究项目中发现,FPGA中隐藏了一个关键的安全漏洞,他们称这个漏洞为“ StarBleed”,攻击者可以利用此漏洞来完全控制芯片及其功能。此外,报道还称,由于该漏洞是硬件的组成部分,因此只能通过更换芯片来弥补安全风险。此次安全漏洞造成的影响有多大?给FPGA产业将带来哪些影响? StarBleed是如何形成的 山东师范大学物理与电子科学学院讲师孙建辉向记者介绍,FPGA(field-program-gate-array)芯片,有人称之为万能芯片,它具有数字逻辑电路硬件可编程能力,应用场景涵盖军工、民用、工业等。这些应用既可以利用FPGA芯片进行快速逻辑实现,也可以重构为多媒体信息处理编解码芯片,比如多媒体SOC芯片编解码器CODEC、无线通信的基带。 在很多人看来,此次StarBleed安全漏洞正是由于FPGA的这种“万能”性,开放、灵活性强的芯片,安全漏洞也会比较多。赛灵思官网针对这个事件分析,此次研究人员研究的对象,是基于十年甚至十多年前的赛灵思6系列和7系列FPGA器件,攻击者会利用两款器件在AES-CBC模式下缺少误差扩展,同时以WBSTAR为代表的配置命令又可在认证成功前执行,使其得以成功突破器件安全屏障。 影响究竟有多大 由于FPGA的用途广泛,尤其是在军工、航天和工控这类安全性要求很高的产业需求量很大。此外,这次安全漏洞是发生在硬件的组成部分,比起软件来说修补周期较大,这些是造成此次StarBleed安全漏洞事件引起不小风波的原因。 京微齐力创始人&CEO王海力表示:“修补安全漏洞问题,一般可采用两种方法,从软件修补或者硬件修复下手。从软件下手修补相比较而言周期短、速度快、花费低。例如若是A算法被破译了,就换成B算法加密,现在FPGA针对生成的配置码流采用比较多的是AES256位加密。一般而言,这种算法是比较难以破解的。同时,如果配置码流被破解了,还可以进行软件升级完成补丁修改,总的来说更容易解决一些。” 然而,若是从硬件方面修复漏洞,往往所耗费的时间和精力都会比较多。“一般来说,在硬件方面修复漏洞,需要在硬件电路里面做一些特别的功能,去判断一些恶意攻击的行为,防止别人破解位流,或者监测不按照原有的行为来进行工作的预判电路。这些花费都会很高,因为往往需要重新设计芯片、重新流片并且重新生产。此次研究学者没有特别详细公开关键安全漏洞的机制,从侧面印证了这次StarBleed安全漏洞事件造成了较大影响,因为这个安全漏洞有可能是出在了硬件的组成部分。”王海力说道。 赛灵思发言人向记者表示:“这次安全事件发生后,美国总部第一时间给出设计建议来规避安全隐患。而且这次漏洞虽然在硬件上,但是若想通过其进行攻击也并不是件容易的事情,需要有一个前提条件,那就是必须在物理上近距离接触到这个硬件。也就是说,其一,若想进行攻击,必须有近距离的物理接触,但是这并不容易实现;其二,若想实现远程攻击,需要在接口设置为外部可以访问的情况下才可实现,如果接口不设置外部访问,就不会出现这个问题。” 巧妙利用变“废”为宝 在王海力看来,此次攻击者利用的手法其实并不是新型的手段:“早在十年前,黑客就会利用控制配置码流的技术来入侵。这么多年过去了,FPGA的安全性能在不断提升,黑客技术也在不断提升。一般来说,开放、灵活性强的芯片,安全漏洞也会比较多。这往往是相伴而生的,黑客问题肯定是无法完全避免,但正是因为有黑客的存在,也使FPGA需要不断更新迭代、修补漏洞。从某种意义上讲,这也促进了FPGA技术的发展。” 孙建辉认为,这次安全漏洞事件虽然向所有FPGA研发单位敲了一次警钟,但同时也可以反向利用这次安全漏洞,变“废”为宝。“比如我们可以基于远程无线操纵码流存储体,远程重构更新逻辑功能,并且若用户具有私有权限,甚至可以设置权限,进行授权访问码流修改权限,而恶意入侵者却被严密的安全防护网络阻挡在门外,这无疑是一件因祸得福的事情,也会促进国际FPGA硬件重构芯片的发展,以及推出新的标准或新的研发规范。”孙建辉说。 王海力表示,虽然比起国外FPGA来说,国内FPGA起步较晚,技术较为落后,但是中国还是有自己的优势的。在安全性能上,国产FPGA可以做一些自己的特色,比如在加密算法中,在一些应用领域,采用国密算法来加密,不易被破解,安全性能更高。此外,国产FPGA可以借鉴很多国外PFGA的发展经验,避开很多雷区,使国产FPGA在安全性能上能够发展得更快更好。 同时,孙建辉认为,这次StarBleed安全漏洞事件也给了国产FPGA一定的反思,让国产FPGA企业能够思考如何设计FPGA万能芯片,用什么全新的物理、电路、算法以及配置下载流程技术能够进行安全性更高的FPGA重构设计?国内企业等单位如果抓住机遇,推出最新的安全FPGA芯片,拥有国际专利、推出新标准,这无疑是一次突围的好机会。 安全性是目前最在乎的特性之一,重视的企业必将获得更好的发展。

    时间:2020-05-26 关键词: FPGA 芯片 漏洞

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