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| 标准编号 | GB/T 38659.1-2020 (GB/T38659.1-2020) | | 中文名称 | 电磁兼容 风险评估 第1部分：电子电气设备 | | 英文名称 | Electromagnetic compatibility -- Risk assessment -- Part 1: Electronic and electrical device | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | L06 | | 国际标准分类 | 33.100 | | 字数估计 | 46,492 | | 发布日期 | 2020-03-31 | | 实施日期 | 2020-10-01 | | 起草单位 | 上海电器科学研究院、广东省珠海市质量计量监督检测所、中认尚动(上海)检测技术有限公司、中国汽车工程研究院股份有限公司、上海机器人产业技术研究院有限公司、工业和信息化部电子第五研究所、上海电器科学研究所(集团)有限公司、上海电器设备检测所有限公司、上海添唯认证技术有限公司、中国电子技术标准化研究院 | | 归口单位 | 全国无线电干扰标准化技术委员会(SAC/TC 79) | | 提出机构 | 全国无线电干扰标准化技术委员会(SAC/TC 79) | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 38659.1-2020
Electromagnetic compatibility--Risk assessment--Part 1: Electronic and electrical device
ICS 33.100
L06
中华人民共和国国家标准
电磁兼容 风险评估
第1部分:电子电气设备
2020-03-31发布
2020-10-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅰ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 概述 3
5 EMC风险评估目的 4
6 EMC风险评估机理和模型 4
6.1 产品机械架构EMC风险评估机理和理想模型 4
6.2 产品PCB的EMC风险评估机理和理想模型 7
7 风险要素影响程度等级与风险分类 14
8 产品风险评价单元划分 17
9 EMC风险评估程序 18
10 EMC风险识别 18
10.1 概述 18
10.2 产品机械架构EMC风险识别 19
10.3 产品PCB的EMC风险识别 20
11 EMC风险分析 20
11.1 概述 20
11.2 产品机械架构EMC风险分析 21
11.3 PCB的EMC风险分析 25
12 EMC风险评价 32
12.1 EMC风险评估工具 32
12.2 风险评价单元的EMC风险评估值计算和等级确定 32
12.3 整机EMC风险评估值计算 33
13 整机EMC风险等级确定与结果应用 34
14 风险评估报告要求 35
附录A(资料性附录) 电磁兼容风险评估示例 36
附录B(资料性附录) 电路原理图属性划分示例 42
参考文献 43
前言
GB/T 38659《电磁兼容 风险评估》拟分为以下5部分:
---第1部分:电子电气设备;
---第2部分:电子电气系统;
---第3部分:电源变换器;
---第4部分:设备风险分析方法;
---第5部分:系统风险分析方法。
本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。
本部分由全国无线电干扰标准化技术委员会(SAC/TC79)提出并归口。
本部分起草单位:上海电器科学研究院、广东省珠海市质量计量监督检测所、中认尚动(上海)检测
技术有限公司、中国汽车工程研究院股份有限公司、上海机器人产业技术研究院有限公司、工业和信息
化部电子第五研究所、上海电器科学研究所(集团)有限公司、上海电器设备检测所有限公司、上海添唯
认证技术有限公司、中国电子技术标准化研究院。
本部分主要起草人:郑军奇、李军、尹海霞、雷剑梅、陈灏、朱文立、袁书传、邢琳、叶琼瑜、于超、崔强、
朱怡宁。
电磁兼容 风险评估
第1部分:电子电气设备
1 范围
GB/T 38659的本部分给出了电子电气设备电磁兼容(EMC)风险评估概述、目的、机理和模型、风
险要素影响程度等级与风险分类、产品风险评价单元划分、EMC风险评估程序、EMC风险识别、EMC
风险分析、EMC风险评价、整机EMC风险等级确定与结果应用、风险评估报告要求。
本部分适用于电子电气设备的电磁兼容风险评估。
本部分结合产品的机械架构设计、电路板设计、应用场所类型等因素,对产品的电磁兼容设计的风
险评估提供指导。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 4365 电工术语 电磁兼容
GB 4943.1-2011 信息技术设备 安全 第1部分:通用要求
GB/T 6113.201-2018 无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范 第2-1部分:无线电骚扰
和抗扰度测量方法 传导骚扰测量
GB/Z 18039.1-2019 电磁兼容 环境 电磁环境的描述和分类
GB/T 18655-2018 车辆、船和内燃机 无线电骚扰特性 用于保护车载接收机的限值和测量
方法
GB/T 23694 风险管理 术语
GB/Z 37150 电磁兼容可靠性风险评估导则
3 术语和定义
GB/T 4365、GB/T 23694和GB/Z 37150界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
产品因设计而导致出现电磁兼容问题的概率,在测试环境下为通不过电磁兼容测试的概率。
3.2
风险评估值 riskassessmentvalue
采用定性和定量方法得到的用来表达风险大小的量值,通常在0~100之间。
3.3
采用电子技术制造的依靠电流或电磁场才能正常工作的设备,以及可以产生、传输和测量电流及电
磁场的设备。
注1:这些设备的设计交流电压不超过1000V,直流电压不超过1500V。
注2:按CISPR的产品分类,如下设备属于电子电气设备:工科医设备、多媒体设备、家用电器设备、汽车电子零部
件等。
3.4
共模电流 common-modecurrent
指定“几何”横截面穿过的两根或多根导线上的电流矢量和。
[GB/T 6113.201-2018,定义3.1.14]
3.5
共模干扰 common-modeinterference
干扰电压在信号线及其回线(一般称为信号地线)上的共模电压引起的电磁干扰,方向相同。
注1:共模干扰电压以附近任何一个物体(大地、金属机箱、参考地线板等)为参考电位,其干扰电流回路则是在导线
(信号线及其回线)与参考物体构成的回路中流动。
注2:共模干扰在信号线与参考地之间传输,属于不对称性干扰。
3.6
差模干扰 differential-modeinterference
作用于信号线和信号回线之间的差模电压引起的电磁干扰,其作用于信号回路时,在信号线及其信
号回线上幅度相等,方向相反。
注1:主要由空间电磁场的耦合感应及共模干扰被不平衡电路转换后形成,这种干扰加载于有用信号上,直接影响
测量与控制的精度。
注2:差模干扰在信号线及其回线之间传输,属于对称性干扰。
3.7
机械架构 architecture
组成电子电气设备的各个部件在产品中的相对位置。
3.8
一种表达电路连接关系的图。
3.9
印制电路板 printed-circuitboard;PCB
电子元器件的支撑体,并提供电子元器件电气连接。
注:由于是采用电子印刷术制作的,故又被称为“印刷”电路板。
3.10
一块导电平面,其电位用作公共参考电位。
3.11
寄生电容 parasiticcapacitance
分布在导线、线圈和机壳等导电体之间以及某些元件之间的非期望分布电容。
注:其数值虽小,却是引起共模干扰的重要原因。
3.12
高速信号 high-speedsignal
对数字信号而言,由信号的边沿速度决定,一般认为信号上升/下降时间小于4倍信号传输时延的
信号。
3.13
“脏”信号/电路 “dirty”signal/electricalcircuit
包含容易被外部干扰注入或产生电磁发射的信号或元器件的信号/电路。
注:例如,与输入与输出(I/O)电缆互连并处在滤波电路之前的信号线和元器件;被施加于产品壳体表面的静电放
电(ESD)击穿放电的信号线。
3.14
“干净”信号/电路 “clean”signal/electricalcircuit
包含既不容易受到干扰也不会产生明显电磁干扰(EMI)噪声的信号或元器件的信号/电路。
3.15
特殊信号/电路 specialsignal/electricalcircuit
包含因EMC性能而需要特殊处理的信号或元器件的信号或电路。
注:分为特殊噪声信号/电路和特殊敏感信号/电路。
3.16
噪声信号/电路 noisesignal/electricalcircuit
在电磁兼容领域里,包含易产生电磁发射骚扰的信号或元器件的信号/电路。
注:例如,时钟信号线、脉冲宽度调制(PWM)信号线、晶振等。
3.17
敏感信号/电路 sensitivesignal/electricalcircuit
在电磁兼容领域里,包含易被电磁干扰的信号和元器件的信号/电路。
注:例如,低电平的模拟信号线或元器件。
3.18
EMC理想模型 EMCidealmodel
不产生任何EMC风险的产品设计模型。
3.19
“0V”工作地 “0V”groundplane
PCB中用平面来实现工作地布置的导电金属体。
3.20
使用具有调制的高频开关以产生特定波形的一种变换器运行(工作)技术。
4 概述
EMC风险评估旨在为有效的EMC风险应对提供基于物理模型的分析和建议。电子电气设备的
EMC风险评估基于设备的信息证据,分析其潜在的EMC风险。EMC风险与产品测试失败风险相
对应。
EMC风险评估的依据是通过分析产品的机械架构和PCB状况,以评估产品EMC设计存在的风
险,并预测通过EMC测试的可能性。电子电气设备的EMC风险评估一般包括两部分内容:
---产品的机械架构EMC风险评估;
---产品PCB的EMC风险评估。
按照目标,EMC风险评估可以分为电磁敏感度(EMS)风险评估和EMI风险评估。
正确使用EMC风险评估方法,可实现以较高的置信度对产品的EMC性能的评价,也可以与EMC
测试结果结合对产品进行综合的EMC评价。
产品的设计者或使用者,通过正确的EMC风险评估方法,就可以清楚地发现产品设计在EMC方
面存在的优点、缺陷与风险。
给出主要的19个EMC风险要素,可以作为产品的检测、认证实施过程中,判别产品设计变更后是
否需要重新进行EMC测试评估的关键要素。
5 EMC风险评估目的
电子电气设备EMC风险评估的主要目的包括:
---认识产品设计中EMC风险及其对目标的潜在影响;
---增进对EMC风险相关要素的理解,以利于风险应对策略的正确选择;
---识别那些导致EMC风险的主要因素,以及电子电气设备的EMC设计薄弱环节;
---帮助确定EMC风险是否可接受,为决策者提供可量化的相关信息;
---预测EMC测试的通过率。
成功的电子电气设备EMC风险评估依赖于对被评估产品设计信息的充分了解和相关风险要素的
充分理解。
6 EMC风险评估机理和模型
6.1 产品机械架构EMC风险评估机理和理想模型
6.1.1 产品机械架构EMC风险评估机理
产品的EMC风险包括电磁敏感度(EMS)和电磁干扰(EMI)两部分,其中,对于EMS来说,其风险
评估机理在于当产品的某个端口注入同样大小的高频共模电压或同样大小的共模电流时,不同的产品
设计方案,就有不同大小的共模电流流过PCB相应的电路结构。机械架构设计中影响这种共模电流大
小的因素即为产品机械架构EMS风险要素。
对于EMI,可以看成当产品处于正常工作状态时,由于产品内部的信号传递,导致内部的有用信号
或噪声无意中以共模电流的方式传导到产品中可以成为等效天线的导体形成辐射发射。如果这种无意
中产生的共模电流,在传导骚扰测试时传导到测量设备线性阻抗稳定网络(LISN)时,就产生传导骚扰
测试问题,产品机械架构设计的改变会改变这种电流的传递路径与大小,较好的产品机械架构设计可以
使得这种共模电流最小化,即风险最小,反之则大。机械架构设计中影响EMI电流大小的因素即为产
品机械架构EMI风险要素。
从机械架构设计上看,如果产品的设计导致有较大的外部干扰电流流过核心功能电路,则将意味着
该产品的机械架构设计具有较大的EMC抗干扰风险。
机械架构EMC风险评估将发现机械架构设计的缺陷和不足,提供EMC风险应对措施,进而指导
机械架构设计或评价产品现有的机械架构设计的方案。
6.1.2 产品机械架构EMC理想模型
产品EMC理想模型表示一个具有完美EMC设计方案的产品,没有EMC风险存在。产品机械架
构EMC理想模型是一个在架构设计上相关EMC风险要素都能设计完美的方案。图1给出了一种产
品机械架构EMC理想模型,包括产品架构设计中相关信息,如,壳体、电缆、滤波器件等。
说明:
A---电缆连接器在电路板中的相对位置;
B---屏蔽电缆屏蔽层的搭接;
C---PCB外部的电源和信号输入端口的滤波和防护;
D---PCB板的“0V”工作地与金属壳体之间的互连(存在互连时);
E---不同PCB板之间的“0V”工作地的互连(通常通过结构件实现);
F---产品内部PCB互连信号端口的滤波、防护和信号频率;
G---壳体中各个金属部件之间的搭接(考虑阻抗与缝隙处理)方式;
H---进入壳体后的电缆、连接器、PCB(可能有)、PCB板的“0V”工作地与金属壳体之间的互连及产品金属壳体之
间所组成的回路面积;
I ---壳体接地线。
注:A~I为产品机械架构EMC风险要素。
图1 产品机械架构EMC理想模型
6.1.3 产品机械架构EMC理想模型中风险要素的要求
产品机械架构EMC理想模型中的风险要素,使其满足理想模型的相关要求如下:
---A:电缆连接器在电路板中的相对位置
理想模型中,电路板上的电缆的连接位置应放置在一个电路板的同一侧。
---B:屏蔽电缆屏蔽层的搭接
理想模型中电缆具有屏蔽层,且屏蔽层的连接需要满足的要求是:
● 对于金属外壳产品,电缆屏蔽层应在连接器入口处与产品的金壳体或金属连接器外壳相
连,并做360°搭接;
● 对于浮地产品,电缆屏蔽层应与PCB中的“0V”地平面做360°搭接。
---C:PCB外部的电源和信号输入端口的滤波和防护
滤波和防护要求如下:
● C1:EMS相关性理想模型
未进行屏蔽的电缆应进行滤波处理,当电缆端口需要进行浪涌测试时,还需要对端口采取浪涌
防护措施。
● C2:EMI相关性理想模型
存在开关电源等高速信号的端口一定要进行EMI滤波。
---D:PCB板的“0V”工作地与金属壳体(金属板)之间的互连
理想模型中PCB板的“0V”工作地与金属壳体或部件(包括连接器金属壳)之间应该在连接器
附近等电位互连:
● PCB板的“0V”工作地与金属壳体之间在连接器附近直接等电位互连;
● 不合理的连接点位置将引入更多的共模干扰电流。
注1:对于SELV(低电压电路)电路,PCB板的“0V”工作地可以与金属壳体之间在连接器附近直接等电位互
连。对于非SELV电路,处于安全考虑,PCB板的“0V”工作地不能与金属壳体之间在连接器附近直接
等电位互连,而只能通过Y电容与金属壳体连接。此时,意味着不能满足理想模型的要求。
---E:不同PCB板之间的“0V”工作地的互连(通常通过结构件实现)
理想模型中:
● PCB板间的互连线应并联等电位金属体,长宽比小于3的金属体可认为等电位金属体;
● 或PCB板间的互连线,如带有地平面的柔性电路板(FPC)。
---F:产品内部PCB互连信号端口的滤波、防护和信号频率
滤波、防护和信号频率要求如下:
● F1:EMS相关性理想模型中,产品内部PCB互连信号端口的滤波、防护
理想模型中,应对所有互连连接器中的信号进行滤波处理。
● F2:EMI相关性理想模型中,产品内部PCB互连信号频率
理想模型中,PCB板之间的互连信号中不应该存在时钟信号或PWM信号等高速信号。
---G:壳体各个金属部件之间的搭接(考虑阻抗与缝隙处理)方式
理想模型中,产品的壳体是一个完美的屏蔽体,为实现完美的屏蔽体,则:
● 屏蔽体各金属表面之间实现有意的搭接,且;
● 屏蔽体中各金属体在互连方向上长宽比都小于5,且;
● 搭接点的间距或孔缝的最大尺寸不能超过以下两种情况下的最小尺寸:
1) 电路最高频率波长的1/100;
2) 15mm。
注2:有意的搭接是指为EMC目的而特意设计的搭接,如,螺钉连接、焊接、铆接、卡接、采用填充性导电材料
实现的连接等。
---H:进入壳体后的电缆、连接器、PCB(若有)、PCB板的“0V”工作地与金属壳体之间的互连及
与产品金属壳体之间所组成的回路面积
回路面积示意如图2所示,回路面积越大则寄生电感越大,大的电感将阻扰干扰电流的泄放。
理想模型中,回路面积H应趋近于零。
图2 输入回路(H)与和后续回路(K)之间的耦合
---I:壳体接地线
为了让共模干扰(电流)就近流向接地平面,避免共模电流流过产品内部PCB的“0V”工作地平面
或扁平电缆等内部互连电缆。
理想模型中壳体与接地平面直接搭接或者使用一个尽可能短而宽的低阻抗导体来连接,最大长宽
比为3∶1(见GB/T 6113.201-2018中5.3)。
6.2 产品PCB的EMC风险评估机理和理想模型
6.2.1 产品PCB的EMC风险评估机理
6.2.1.1 EMS风险评估机理
干扰电流进入I/O端口及PCB工作地后的干扰原理如图3所示,当同样大小的高频共模干扰电压
同时施加在信号电缆中的信号线和“0V”地线上时,如果不存在接口电路端口上的滤波电容C,那么由
于信号线与“0V”地线上的负载阻抗不一样(信号线的负载阻抗较高),共模干扰信号将会转变成差模
信号叠加在器件IC1信号端口和“0V”地之间。同时,在信号线上的电流也会很小,而大部分电流会沿
着“0V”地线流动;如果存在接口电路端口上的滤波电容C,信号线上的电流I1 经过滤波电容后也会流
向“0V”地线,并与电缆中“0V”地线上的电流I2 叠加在一起形成Iext。可见,无论是否存在滤波电容
C,在产品内部,干扰电流大部分都会在“0V”地线上流动。其中C在此完成了产品的第一级滤波,它阻
止了共模向差模的转换及降低了器件IC1 信号端口和地之间的干扰压降,使IC1 受到保护。可见评估
PCB中所有端口信号线中是否存在滤波及评估PCB中“0V”地阻抗Z0V是评估PCB的抗干扰能力的
要素。
图3 干扰电流进入I/O端口及PCB工作地后的干扰原理
同时,干扰电流也会因为PCB中印制线之间的寄生电容(串扰),及PCB板中印制线与参考接地板
之间的寄生电容形成回路。如图4所示。
图4 共模干扰电流通过寄生电容传递
可见PCB中印制线之间的寄生电容(串扰),及PCB板中印制线与参考接地板之间的寄生电容的
大小直接影响PCB中电路受到的干扰大小,评估PCB中印制线之间的寄生电容(串扰),及PCB板中印
制线与参考接地板之间的寄生电容的大小也是评估PCB板的抗干扰能力要素之一。
6.2.1.2 EMI风险评估机理
PCB中高频信号在“0V”地上回流时,也会产生压降。该压降会引起流向外部的共模电流,引起
图5所示的辐射,可见评估PCB中“0V”地阻抗Z0V是评估PCB的EMI水平的要素。
图5 地阻抗引起的辐射
同时,PCB内部的高频信号也会因为PCB中印制线之间的寄生电容(串扰)及PCB板中印制线与
参考接地板之间的寄生电容形成回路,这些回路中存在等效发射天线时,即产生辐射。如图6所示。
注:图中箭头分别代表共模电流的路径。
图6 寄生电容引起的辐射
可见,PCB中印制线之间的寄生电容(串扰),及PCB板中印制线与参考接地板之间的寄生电容的
大小直接影响PCB对外的辐射大小,有效降低这些寄生电容将有效降低PCB的EMI水平,评估PCB
中印制线之间的寄生电容(串扰......
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