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未解决

EMI屏蔽层屏蔽高频电磁场用铜还是铁

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夜雨雨夜
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  • 2019-8-12 00:15:02
10问答币
最近做一个屏蔽板,放在一片管子上方,屏蔽高频电磁场,理论上电导率越高越好,铜更好,但是铁作为铁磁材质,问题就来了:
到底是用铜片还是铁片?
捕获.PNG
nc965
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  • 2019-8-12 07:22:00
 
闭合绕组也能屏蔽交变磁场,一般用铜箔短路1匝即可,效果更好
Coming.Lu
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  • 2019-8-12 08:30:41
 
先要搞清楚要屏蔽的是电场还是磁场。
夜雨雨夜
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高级工程师
  • 2019-8-12 08:41:03
 
应该是电场
nc965
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  • 2019-8-12 10:17:37
 
都可以用铜箔
greendot
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  • 2019-8-12 11:57:42
 
是磁场,就要用导电好的材质,大化涡流损耗,抵消漏出磁场。
夜雨雨夜
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  • 2019-8-12 12:17:54
 
请教一下,用的是TO247的MOS,要屏蔽高频,因为2cm上面有其他板子,所以是放在MOS管的上方1cm处,为什么是磁场,MOS不是高频的电压电流的变化吗?没有琢磨明白?麻烦讲详细些,谢谢!
greendot
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  • 2019-8-12 12:39:10
 
不好意思,理会错了,上面回复改了。  能否确定干扰是 magnetic 还是 capacitive coupling ?
夜雨雨夜
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高级工程师
  • 2019-8-12 13:15:42
 
感觉我的这个是电容耦合,不是磁场,屏蔽部分没有变压器,电感。
greendot
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  • 2019-8-12 13:42:53
 
电场也应该要用导电好的材质,静电场的话,铜铁无大分别,高频时,有skin depth 效应,铁的电阻大得多了。个人理解。
伟林电源
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  • 2019-8-12 16:47:36
 
请问是铜的密度大还是铁的大?
greendot
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  • 2019-8-12 17:08:49
 
铜大一点。
cmg
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  • 2019-8-12 17:26:07
 
铜,铁,我们不一样

铜

钢铁

钢铁
greendot
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  • 2019-8-12 17:56:13
 
谢谢。这是实测的? 频率应该看开关频率,还是dv/dt, di/dt ?
cmg
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  • 2019-8-12 20:03:38
 
这是测材料的,应该是用正弦频率测的
greendot
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  • 2019-8-12 22:20:18
 
翻了一下书,图是C.Paul里来的。不过另有资料,是说铁在几百KHz开始,μr跌的很快,直到=1,所以在高频(1MHz ?) 时可能比铜差。
cmg
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  • 2019-8-12 22:59:33
 
大师,电磁波我也是不太懂,但实际结果就是那样。假设你看的书是对的,至少在很宽的频段内是有好处的。
不过现实中很多屏蔽同时用来导热,所以还是用铜的多,至少是铝的,另外铜吃焊锡,比较容易接地,铝的话需要打上焊针,比较麻烦。
夜雨雨夜
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  • 2019-8-12 23:07:09
 
网上找了屏蔽材料的资料,感觉自己之前理解得很肤浅。
屏蔽材料的发射损耗(reflection loss),吸收损耗(absorption loss)

电磁波在穿过屏蔽体是发生衰减是因为能量有了损耗,这种损耗可以分成两个部分:反射损耗和吸收损耗。反射损耗:当电磁波入射到不同媒质的分界面时,就会发生反射,使穿过界面的电磁能量减弱。由于反射现象而造成的电磁能量损失称为反射损耗,用字母R表示。当电磁波穿过一层屏蔽体时要经过两个界面,要发生两次反射。因此,电磁波穿过屏蔽体时的反射损耗等于两个界面上的反射损耗总和。反射损耗的计算公式如下:

R=20lg(ZW/ZS) (dB)

式中: ZW= 入射电磁波的波阻抗 ,ZS=屏蔽材料的特性阻抗

|ZS|=3.68×10-7(fμrσr)1/2式中: f= 入射电磁波的频率 ,μr=相对磁导率,σr=相对电导率

吸收损耗:电磁波在屏蔽材料中传播时,会有一部分能量转换成热量,导致电磁能量损失,损失的这部分能量成为屏蔽材料的吸收损耗,用字母A表示,计算公式如下: A=3.34t(fμrσr)1/2 (dB)

多次反射修正因子: 电磁波在屏蔽体的第二个界面(穿出屏蔽体的界面)发生反射后,会再次传输到第一个界面,在第一个界面发射再次反射,而再次到达第二个界面,在这个界面会有一部分能量穿透界面,泄漏到空间。这部分是额外泄漏的。应该考虑进屏蔽效能的计算。这就是多次反射修正因子,用字母B表示,大部分场合,B都可以忽略。

SE = R + A + B

从上面给出的屏蔽效能计算公式可以得出一些对工程有实际指导意义的结论,根据这些结论,我们可以决定使用什么屏蔽材料,注意什么问题。下面给出的结论,出步一看,会感到杂乱无章,无从应用,但是结合上面第3 和第4条仔细分析后,会发现这些结论都有着内在联系。深入理解下面的结论对于结构设计是十分重要的。

1)材料的导电性和导磁性越好,屏蔽效能越高,但实际的金属材料不可能兼顾这两个方面,例如铜的导电性很好,但是导磁性很差;铁的导磁性很好,但是导电性较差。应该使用什么材料,根据具体屏蔽主要依赖反射损耗、还是吸收损耗来决定是侧重导电性还是导磁性;

2)频率较低的时候,吸收损耗很小,反射损耗是屏蔽效能的主要机理,要尽量提高反射损耗;

3)反射损耗与辐射源的特性有关,对于电场辐射源,反射损耗很大;对于磁场辐射源,反射损耗很小。因此,对于磁场辐射源的屏蔽主要依靠材料的吸收损耗,应该选用磁导率较高的材料做屏蔽材料。

4)反射损耗与屏蔽体到辐射源的距离有关,对于电场辐射源,距离越近,则反射损耗越大;对于磁场辐射源,距离越近,则反射损耗越小;正确判断辐射源的性质,决定它应该靠近屏蔽体,还是原理屏蔽体,是结构设计的一个重要内容。

5)频率较高时,吸收损耗是主要的屏蔽机理,这时与辐射源是电场辐射源还是磁场辐射源关系不大。

6)电场波是最容易屏蔽的,平面波其次,磁场波是最难屏蔽的。尤其是(1KHz以下)低频磁场,很难屏蔽。对于低频磁场,要采用高导磁性材料,甚至采用高导电性材料和高导磁性材料复合起来的材料。


看这张图,高频1M都是吸收损耗?颠覆了我的理解。
夜雨雨夜
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高级工程师
  • 2019-8-12 23:23:04
 
您是不是说反了,屏蔽损耗越大,屏蔽效果越好吧,此时是不是应该铁更好
夜雨雨夜
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高级工程师
  • 2019-8-12 23:42:13
 
请问是哪本书,回头好好研究一下。
greendot
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总工程师
  • 2019-8-13 11:49:42
  • 倒数6
 
就是这这段关于Absorption Loss 的话,
111.jpg
夜雨雨夜
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高级工程师
  • 2019-8-12 23:38:52
 
认知是不是应该是这样,我们屏蔽光从效果看,高频的时候铁屏蔽效果更好,但是铁损耗太大了,我们用铜的原因是屏蔽的同时导热。虽然还是没有明白为什么?
捕获.PNG
wangdongchun
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  • 2019-8-12 12:44:22
 
铜箔全遮蔽一层就行   铁的就算了!
夜雨雨夜
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  • 2019-8-12 13:17:30
 
因为领导说铁的也一样,我要拿出理论反驳他,所以要分析清楚,没有变压器和电感,就是屏蔽mos和线。
shao456
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  • 2019-8-12 15:25:30
 
电场屏蔽,可以使用任何金属,前提是要可靠接地。
夜雨雨夜
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  • 2019-8-12 22:20:29
 
屏蔽电场是接地,然后产生与地的感应电流?这样是不是就是影响因素是电导率
shao456
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  • 2019-8-12 23:35:32
 
我认为屏蔽材料接地是切断了电场的耦合路径,使感应电势的电位接地了,与感应电流无关,所以材料的电导率似乎不重要了。
夜雨雨夜
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  • 2019-8-13 00:15:07
 
还是有关系的

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cmg
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  • 2019-8-12 15:52:26
 
领导就是领导,说的对,用铁,一是效果好,另一个是便宜。
nc965
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  • 2019-8-12 15:53:55
 
但是要生锈
cmg
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  • 2019-8-12 17:20:17
 
不会的,马口铁
夜雨雨夜
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  • 2019-8-12 22:17:49
 
关键他给的理由是铁的磁导率高,无法让我信服,这个时候磁导率在里面的作用无法理解,不考虑成本我觉得铜更好
cmg
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  • 2019-8-12 22:51:37
 
相信领导没错,要不人家怎么当领导

反射损耗的公式

反射损耗的公式

吸收损耗的公式

吸收损耗的公式

各种材料的系数

各种材料的系数
夜雨雨夜
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  • 2019-8-12 23:44:54
 
https://max.book118.com/html/2016/1106/61530815.shtm
看了这个文档,感觉您说的情况我们还需要分远场和近场。我们通常说的屏蔽是近场。
捕获.PNG
捕获.PNG
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捕获.PNG
捕获.PNG
捕获.PNG
pbk82
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本网技师
  • 2019-8-13 08:08:15
 
大佬们,学习了
cmg
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  • 2019-8-12 22:55:23
 
频率一高吸收损耗远远大于反射损耗。
夜雨雨夜
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  • 2019-8-12 23:24:11
 
上面的图中,假设高频的损耗为1M附近,此时的吸收损耗铜几乎只有铁的一半,损耗越大,屏蔽越好。5)频率较高时,吸收损耗是主要的屏蔽机理,这时与辐射源是电场辐射源还是磁场辐射源关系不大。
那我们设计中的认知中要电导率高的感觉哪里不对了。



伟林电源
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  • 2019-8-12 16:48:37
 
要听从领导指挥,指到那打到哪。
greendot
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  • 2019-8-12 17:36:10
 
在电源遇到的频率,应该是铜好过铁,有根据的,领导说一样,是一样可用,不是指性能一样吧。
cmg
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  • 2019-8-12 20:07:21
 
铜散热好过铁,考虑到成本和散热,有些用铝的,有些用钢片的。
夜雨雨夜
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  • 2019-8-12 22:34:36
 
我之前一直认为是不管是屏蔽电场或者磁场都是电导率占主要因素:
1.屏蔽电场是接地,然后高频电场与地回路电容效应,产生感应电流
2.屏蔽磁场是利用变化的磁场产生的电势,然后金属层为短路单线圈,这个时候电导率越好电流越大,产生的抵消磁场越大。
后面的对2有一个疑问:产生的电流是否相同,如果电流相同这样电导率越大损耗越小,但为什么电流相同;法拉第电磁感应的是电势,变化的磁场产生的电势相同,电导率越大,产生的电流越大,然后损耗就不一定铜比铁好多少了,但这样可以充分抵消的磁场。感觉有一种在哪里不对。

不知道具体的分析问题在哪里?
但是说铁的磁导率好的好处我不认同,抵消电场用不到,抵消磁场产生的磁场环路是往空气中去抵消漏磁的。
wangdongchun
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  • 2019-8-12 21:43:13
 
铁片的延展性比铜箔差远了  磁导率也比铜箔低很多  
夜雨雨夜
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  • 2019-8-12 22:14:07
 
磁导率铁好吧,所以这种屏蔽需不需要考虑磁导率的因素在里面
cmg
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  • 2019-8-13 10:06:20
  • 倒数10
 
不要只看书,只看理论,实际问题很复杂的,可能你加铜屏蔽和铁屏蔽一样有效果,或者两者都没有效果。
夜雨雨夜
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高级工程师
  • 2019-8-13 10:43:04
  • 倒数9
 
懂您的意思,我觉得从屏蔽的角度还是需要具体分电场屏蔽,磁场屏蔽,电磁屏蔽,反射损耗和吸收损耗应该是在分析电磁屏蔽,具体情况也许几种都会存在,所以实际效果无法保证一致。


我的疑问是之前那张铁和铜的吸收损耗和反射损耗的对比图,是否适用电场屏蔽和磁场屏蔽?
https://max.book118.com/html/2016/1106/61530815.shtm
捕获.PNG
a422877308
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  • 2019-8-13 10:49:41
  • 倒数8
 
看来楼主并没有多少实测经验,从铜,铁,铝等常见金属导体的电导率来看,都是电的良导体,同样厚度的这些金属,阻抗差异很小,趋肤厚度差异很小,基本忽略不计。屏蔽效能的理论计算就像楼上那些回复一样,总的来讲很复杂,那些计算多是在平面波照射条件,也就是处于远场区域,这是不符合你应用环境的,实际使用中的是近场区域,波阻抗是复杂多变的,噪声源的极化方式是非常复杂的,套用任何公式都不会成立。只有通过精确的噪声信号建模,利用电磁场仿真工具才能知道具体结果。所以,我们只看简单的,显而易见的测试数据,从测试经验上讲,没有啥区别,更换不同材质的屏蔽罩跟连续两次测试的结果差异差不多,所以,用便宜的就行了。
夜雨雨夜
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LV6
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  • 2019-8-13 11:13:26
  • 倒数7
 
屏蔽这一块的确缺乏实践经验,您的意思实际使用中的近场区域,主要影响因素是电导率,金属都是良导通,其实差异并不大,也就是说金属屏蔽层屏蔽效果都很好,差异部分就不明显了。
问下您像我这种应用材料的磁导率是否有影响?
a422877308
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LV8
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  • 2019-8-13 12:24:37
  • 倒数5
 
一切从实际应用出发,不讨论极端个例的情况下,需要用到屏蔽罩的环境基本上可以认为是对电场为主的屏蔽处理,因为现有IC为了低功耗设计,多数信号都是电压型,而非电流型,再者从IC上高频噪声的根源来看,基本以时钟信号,高速视频/DDR或者GPIO等等这些信号为主,这些都是电压信号,且受布线等影响大的信号。

但是不排除需要用到磁屏蔽的,比如电感和变压器的屏蔽,在产品布局非常拥挤的情况下,磁原件的空间耦合就变得非常明显。

当然作为EMC三大基本概念之一的屏蔽,也并非仅仅用于EMI上,抗扰度上也经常可以看到屏蔽设计,上面那些信号不仅仅是噪声源,同样的也是敏感信号,对于辐射抗扰度,静电甚至军品中的EMP测试项目来讲,都有可能会影响到这些信号。
cmg
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  • 2019-8-13 13:50:56
  • 倒数4
 
你不用问别人,估计也没人能准确回答你。你是工程师,做个铜和铁的屏蔽试一下不就得了。可能都有效果,但很大可能都没效果,因为TOP247是源极散热,频率又不高,干扰本来就低。
夜雨雨夜
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  • 倒数3
 
恩恩,分别做了铜的和铁的,回来了测试比较一下,实践见真知。
joezzhang
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  • 倒数2
 
04年用IGBT的时候(20KHz开关频率)试过,屏蔽驱动板,用铁壳正常工作,铝和铜在某些条件会炸鸡。
伟林电源
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最新回复
  • 2019-8-17 21:26:15
  • 倒数1
 
这个貌似跟你炸鸡没什么直接关系吧?
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