第一篇：電磁兼容與抗干擾技術

什么是《電磁兼容與抗干擾技術》（簡述）

在各種工業控制系統中，隨著變頻器等電子電力裝置的廣泛使用，系統的電磁干擾（EMI）日益嚴重，相應的抗干擾設計（即電磁兼容EMC）已經變得越來越重要。變頻器系統的干擾有時能直接造成控制系統的硬件損壞，有時雖不致損壞系統的硬件，但常使智能化控制裝置內微處理器的系統程序運行失控，導致控制失靈，從而造成設備和生產事故。因此，如何提高系統的抗干擾能力和可靠性是自動控制系統設計、制造和應用中不可忽視的重要內容，也是計算機控制技術應用和推廣的關鍵之一。一．電磁兼容（EMC）概述

1.電磁兼容的定義

采用一定的技術手段，使同一電磁環境中的各種電子、電氣設備都能正常工作，并且不干擾其它設備的正常工作，這就是電磁兼容（英文Electromagnetic Compatibility，縮寫為ECM）.國際電工委員會（IEC）對電磁兼容性的定義是“電磁兼容性是電子設備的一種功能，電子設備在電磁環境中能完成其功能而不產生不能容忍的干擾。”

在國家標準GB/T4365-1995中對電磁兼容嚴格的定義是：設備或系統在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中任何事物構成不能承擔的電磁騷擾的能力。電磁兼容有兩方面的含義：

（1）設備對來自外部環境的電磁干擾必須具有一定的承受能力（抗擾度）。（2）設備在正常工作時產生的電磁干擾不超過一定的限值，不干擾其它設備的正常工作。

目前，隨著我國經濟的發展和科技的進步，工控設備的使用越來越廣泛。特別是涉及到大的控制系統時，例如控制系統既有PLC、數控系統、變頻器、又有智能化儀表控制系統。如果在系統設計和安裝時，沒有充分考慮電磁兼容的問題，小則造成設備不能穩定運行，大則造成設備的損壞。目前EMC已經成為系統故障的主要原因。

EMC的一條準則是“預防是最有效的，最經濟的方案”。所以，EMC已經成為電氣系統設計時必須重視的問題。

電磁兼容性學科涉及的理論基礎包括電磁場理論、天線與電波傳播、電路理論、通信技術、材料科學、生物醫學等等，所以電磁兼容性學科是一門實用性很強的綜合性的前沿學科。

為了實現儀器設備之間的電磁兼容，國家針對各種電子、電器產品已經頒布了一系列強制性的電磁兼容執行標準。電磁兼容技術貫穿于電子、電器產品設計、制造、檢驗、銷售的全過程。電磁兼容問題解決的越早，投資效益越高。如果在產品的立項、設計階段就解決了電磁兼容技術，電磁兼容措施的有效性最高，產品的成本最低。如果產品已經成批的制造出來了，才發現不符合國家的電磁兼容標準，在采取補救措施，產品的成本就會大大提高。

二．EMC設計的主要內容 A，電氣設計： ① 各元器件的干擾控制和抗干擾措施：屏蔽技術、濾波技術、接地技術的應用。② 元器件的布局、導線的敷設等。B.結構設計：

機箱的屏蔽，包括通風口、縫隙、表頭、顯示器、指示燈等處的處理。

三．、抗干擾技術概述 A．接地技術 接地的作用和分類 幾種常用的接地方法 浮點接地 單點接地 多點接地 混合接地技術 B．濾波技術 反射式濾波器 損耗濾波器 有緣濾波器 C．屏蔽技術

主動屏蔽、被動屏蔽；

靜電屏蔽、磁場屏蔽、電磁屏蔽。

四．PLC控制系統的抗干擾。

五．變頻器控制系統的抗干擾。

第二篇：電磁兼容技術及應用

電磁兼容技術及應用

摘 要：本文簡要介紹電磁兼容相關的各項技術，通過對接地、屏蔽、濾波等技術的分析，說明產品如何實現良好的電磁兼容性，如何將電磁兼容技術融入產品研發流程。對實例分析，結合電磁兼容理論，說明實際測試中的處理

摘 要：本文簡要介紹電磁兼容相關的各項技術，通過對接地、屏蔽、濾波等技術的分析，說明產品如何實現良好的電磁兼容性，如何將電磁兼容技術融入產品研發流程。對實例分析，結合電磁兼容理論，說明實際測試中的處理方法，從干擾源、耦合路徑、敏感源方面逐步分析驗證，提高產品可靠性。

關鍵詞：電磁兼容 接地 屏蔽 濾波

目前，電磁兼容技術已經發展成為專門的針對電子產品抗電磁干擾和電磁輻射的技術，成為考察電子產品的安全可靠性的一個重要指標，覆蓋所有電子產品。

各個電子設備在同一空間工作時，會在其周圍產生一定強度的電磁場，這些電磁場通過一定的途徑（輻射、傳導）耦合給其他的電子設備，影響其他設備的正常工作，可能使通訊出錯或者系統死機等，設備間相互干擾相互影響，這種影響不僅僅存在設備間，同時也存在元件與元件之間，系統與系統之間。甚至存在與集成芯片內部。

電磁兼容技術主要包括接地、濾波、屏蔽技術等，在特定場合需要注意的是不一樣的，A、在結構方面，需要注意屏蔽和接地，B、在線纜方面注意接地和濾波，C、在PCB設計方面，需要注意信號布局布線、濾波等。

一、電磁兼容技術

首先從構成電磁干擾的三要素入手，即干擾源、敏感源、耦合路徑，★干擾源是產生電磁干擾的設備，通過電纜、空間輻射等耦合路徑影響干擾敏感源設備。高頻電壓/電流是產生干擾的根源，電磁能量在設備之間傳播有兩種方式：傳導發射和輻射發射，傳導發射是

以導線為媒體，以電流為現象，輻射發射是以空間輻射為媒體，以電磁波為現象。常見干擾源有雷電、無線通訊、脈沖電路、靜電、感性負載通斷、天線、電纜導線等。任何電路都可能成為敏感源，數字電路抗干擾性較好，但是風險大，大的脈沖尖峰可能是數字電路誤動作，音頻模擬電路對射頻信號敏感。★耦合路徑分為空間耦合和傳導性耦合，空間耦合包括互感耦合、電容耦合、天線輻射，傳導性耦合包括地線和電源線上的傳導。

電磁兼容設計主要包括接地設計、屏蔽設計、濾波設計方面的知識。地線分為安全地、交流地、直流地、數字地、模擬地、機殼地、防雷地等，※地線從電壓概念說是提供一個等電位體，從電流概念上說是提供一個電流通路。地線阻抗決定了線路的抗干擾性，其中導線阻抗決定了地線的電位差，回路阻抗決定了實際的地線電流，地環路的存在是電路受干擾的主要原因，減小地環路的面積，降低對線路的影響，使用屏蔽線或同軸電纜都可能減小信號回路的面積，從而達到降低干擾的影響。地線電流總是走地線阻抗比較小的路徑，高頻低頻時線路的阻抗是不一樣的，可以根據需要設計信號路徑。多層板比雙層板的抗干擾性要好，因為多層板有專門的地層和電源層，保證每個信號回路都具有最小的信號回路面積，如果是雙層板，最好鋪地線網格，來保證最小的回路面積。

單端接地是為了降低電場對設備的影響，兩端接地是降低磁場對設備的影響，兩端接地形成磁場環路，外界磁場在原來信號與地線構成的回路中產生感應電流的同時，也在屏蔽層與地線構成的回路中產生感應電流Is，Is也會感應出磁場，但是這個磁場與原來的磁場磁場方向相反，相互抵消，導致總磁場減小，減小了干擾。

屏蔽技術，主要是應用在系統的結構上的，也有對線路關鍵電路進行屏蔽的，如時鐘電路、CPU等。考察系統的屏蔽效能可以利用靜電測試，如果系統屏蔽做的好，靜電會沿著屏蔽體進行泄放，不會對內部線路造成影響。良好的電磁屏蔽的關鍵因素是屏蔽體的導線連續性，如果必須開孔引導線，采用屏蔽電纜，屏蔽層一定要采用360度環接方式進行接地，保證屏蔽的完整性。根據不同屏蔽層傳輸阻抗的頻率特性和信號工作頻率，來選擇屏蔽電纜。

濾波包括電源線濾波與信號濾波。電纜是一個很好的天線，有時候即使屏蔽做的很好，仍然不能通過輻射發射和輻射敏感度的試驗，這是因為電纜產生的輻射遠高于線路板本身及機箱屏蔽不完整發生泄漏所產生的輻射。解決這種問題的一個方法是在電纜的端口處安裝濾波器，將干擾電流濾除掉。根據干擾的頻率選擇濾波器的截止頻率，才能有效的濾除干擾。一個系統使用了二階LC低通濾波器，做輻射試驗還是過不去，將前級電容去掉，輻射發射就不超標了，說明了需要降低截止頻率才能濾除一部分干擾，增加濾波器的級數增加了曲線的陡度，提高了在工作頻率內的濾波性能，并不能將更低頻率的干擾濾除。濾波電容引線要短，可以采用“V”形接法，減小高頻時的回路阻抗，也可以在引線上增加安裝磁珠，加大了引線上的電感，增強了濾波效果。薄膜電容的電阻成分大，應采用陶瓷電容來進行濾波，陶瓷電容的阻抗特性好。

電磁兼容技術應貫穿產品研發始終，包括產品的概要設計、詳細設計、原理圖印制板設計、結構、組裝調試等每個環節，都應該考慮電磁兼容設計，概要設計中需要調研產品應用環境，分析現場干擾類型，評估干擾風險，詳細設計中需要針對具體的干擾，采取相應的對策，需要全面設計。原理圖印制板圖設計需要將各項措施體現在原理圖中，必要時進行仿真，印制板圖設計時需要按照模塊化設計，注意布局布線，敏感電路的電磁兼容防護。結構也是電磁兼容設計中主要的一部分，產品的結構對靜電、群脈沖、輻射等有很大的關系，結構要求具有良好的屏蔽性和接地。裝配調試環節需要注意信號完整性，保證接地的連續性，注意面板接觸問題，在測試環節根據遇到的實際情況，采取相應的措施。

二、電磁兼容實例應用分析

學習電磁兼容技術的整體目標是系統地學習電磁兼容方面的知識，通過學習電磁兼容設計理論，使這些方法、規則、措施等融入實際工作中，來保證產品盡可能可靠。

1、接地問題

實例一：某系統設備在做422通訊串口的射頻場感應傳導測試，采用雙絞屏蔽線，開始采用的是單端接地，測試時出現的誤碼率高，幾乎沒有正確的數據，后來采用雙端可靠接地，通訊正常。

實例二：某系統設備在做視頻鼠標線的射頻場感應傳導的試驗時，在較低頻段（3M以下）時顯示器有波紋，上下閃動，后來將視頻線的顯示器側可靠接地，干擾明顯降低，幾乎不影響顯示。

分析：這兩種現象都是在做射頻場的感應傳導試驗時出現的，射頻場的感應傳導抗擾度試驗實質是：設備引線變成被動天線，接受射頻場的感應，變成傳導干擾入侵設備內部，最終以射頻電壓電流形成的近場電磁場影響設備工作，以低頻磁場為主。

雙絞線能夠有效地抑制磁場干擾，這不僅是因為雙絞線的兩根線之間具有很小的回路面積，而且因為雙絞線的每兩個相鄰的回路上感應出的電流具有相反的方向，因此相互抵銷。雙絞線的絞節越密，則效果越明顯。

屏蔽層兩端接地時，外界磁場在原來信號與地線構成的回路中產生感應電流的同時，也在屏蔽層與地線構成的回路中產生感應電流Is，Is也會感應出磁場，但是這個磁場與原來的磁場磁場方向相反，相互抵消，導致總磁場減小，減小了干擾。

2、屏蔽問題

實例三：某系統為機柜、機箱式結構，其中控制部分為機箱結構，子板總線板結構，子板均安裝面板。做靜電試驗時，接觸放電＋5.5kv時，對主板面板及左右相鄰的面板進行靜電試驗時，控制板重啟或死機，后來在控制板附近的面板之間安裝指形簧片，系統在接觸放電±6.6kv時運行正常。

實例四：某系統試驗，用普通機柜，系統很敏感，對機柜引出線（通訊線）進行群脈沖試驗，采用耦合夾耦合方式，干擾一加上去，系統就不正常，在通訊線兩端增加磁環，效果不明顯，后來沒有辦法了，更換了屏蔽機柜，進行試驗，有明顯效果，做幾輪后，系統才會出現倒機想象，在通訊線進機柜處增加安裝磁環后，系統工作正常，幾輪試驗后，沒有出現倒機現象，系統工作都正常。

分析：現在很多系統都是機箱結構，即控制板、采集板、驅動板等都安裝在同一機箱中，進行數據交換與控制。安裝完成后各電路板會有一定的縫隙，靜電脈沖通過面板縫隙，分布電容向主板耦合，使電源失真或控制發生故障系統重啟、死機。在面板之間安裝指形簧片，使機箱成為一個良好的屏蔽體，由于電荷的“趨膚效應”，當有靜電干擾時，靜電會沿著表面泄放至大地，對內部電路的影響減小或者消失。

屏蔽機柜對機柜的縫隙和門都進行了處理，縫隙處安裝導電簧片，門與機柜接觸位置安裝導電布襯墊，提高機柜的屏蔽效能，提高機柜整體的抗干擾性，群脈沖干擾的實質是對線路分布電容能量的積累效應，當能量積累到一定程度時就可能引起線路（乃至設備）工作出錯。通常測試設備一旦出錯，就會連續不斷的出錯，即使把脈沖電壓稍稍降低，出錯情況依然不斷的現象加以解釋。脈沖成群出現，脈沖重復頻率較高，波形上升時間短暫，能量較小，一般不會造成設備故障，使設備產生誤動作的情況多見。

3、磁環的作用

實例五：對一個機箱結構系統做群脈沖實驗，機箱內含有控制板、采集板、驅動板等，采集線、驅動線出機柜，需要做信號線群脈沖實驗，當干擾施加在采集線上時，所有的采集板上指示燈都閃爍，對采集回路進行分析，采集輸入有光電隔離器件，采集回線為動態的12V輸出，當干擾施加時，可能造成采集回線上的電壓失真，造成指示燈閃爍，找了一個閉合磁環，安裝在采集回線上，進行實驗，在某一極性下指示燈閃爍，說明磁環有作用，然后根據其阻抗特性，繞制2圈，實驗效果不明顯，后來試驗一下繞制3圈，結果，采集指示燈顯示正常，多次試驗，系統均正常。

分析：磁環對群脈沖干擾有很好的抑制作用，根據實際情況安裝在通訊線的兩端或一端，磁環有不同的阻抗特性，對干擾信號進行頻率分析，設計磁環的截止頻率正好落在干擾信號頻率附近，使磁環體現較大的阻抗性，來抑制干擾。

磁環的圈數影響磁環的阻抗特性，圈數越多，阻抗特性曲線向低頻率方向移動，即較低頻率下的阻抗越大，若此頻率比較接近干擾頻率時，就能起到很好的抑制干擾的作用。

電磁兼容技術融入電子產品開發設計中，可以提高產品的安全可靠性，如果在實際測試中，某一方面存在缺陷，可以從電磁干擾的方式上入手進行一步一步測試，電磁干擾有兩種形式：傳導發射和輻射發射，從各自的耦合路徑進行查找。一個系統指標超標，可以先從輻射發射上解決，設備是否屏蔽良好，機殼上孔用導電布封住，導電布要與機殼良好接觸，再進行試驗，如果還超標，那就是干擾主要是傳導發射引起的，在設備機殼出口處安裝信號濾波器和電源濾波器，進行試驗，如果還超標，那就是干擾是通過電纜輻射和傳導發射出來，通過對屏蔽層的接地，減小地環路等措施必定能查找到原因并解決。

三、結語

產品需要逐步更新完善，才能達到一定的安全可靠，電磁兼容技術需要不斷的積累，才能保證產品的安全可靠，產品應用場合不同，遇到的電磁干擾有所不同，產品的性能也不同，需要根據實際應用環境，分析干擾源，查找耦合路徑，明確敏感源，對干擾源采取隔離措施，切斷耦合路徑或者疏導干擾，對敏感源采取屏蔽、濾波等措施，保證產品安全可靠工作。

第三篇：智能電表的電磁兼容測試與抗干擾研究說明

智能電表的電磁兼容測試與抗干擾研究

摘要：為了提高現代智能電表設計中的抗干擾性能和增強電表工作時系統的穩定性，本文主要從電快速脈沖群抗擾度測試、輻射電磁抗擾度測試及傳導電磁干擾抗擾度測試三個方面對智能電表進行電磁兼容測試.此外，還研究了幾種抗干擾技術以及通過實踐研究總結的一些電磁兼容測試的簡易測試方案.關鍵詞：電磁兼容，測試方法，智能電表，抗干擾

由于智能電表的設計中引入了微控制器，這對設備的電磁兼容性能提出了更高的要求.主要原因是外界的電磁干擾可能導致程序控制的指針“跑飛”，可能導致電量數據的錯誤、丟失甚至系統的混亂.由于電表在電網系統中的特殊地位，不可能像其他電子設備一樣經常性地通過復位使其恢復初始狀態來處理設備異常工作甚至死機等現象.因此，必須從源頭上采取提高智能電表電磁兼容性能的措施，以加強其抗干擾能力，確保其在規定的條件下正常穩定運行.針對以上問題和對智能電表在實際工作中的電磁環境分析，我們主要從電快速脈沖群（EFT)干擾、輻射電磁干擾（Radiated EMI）和傳導電磁干擾（Conducted EMI）三個方面考察智能電表的電磁兼容性能.測試方法

1.1 電快速脈沖群抗擾度測試方法

EFT干擾是由于電路中的機械開關對電感性負載的切換產生的，它會對電路中的其他電氣和電子設備產生干擾.這種干擾的特點是：脈沖成群出現、重復頻率高（脈沖重復頻率：5KHz，脈沖群重復周期：300ms）、脈沖波形上升時間短（5ns）.脈沖群對電路中的半導體器件的結電容充電，當電容上的能量累積到一定程度時就會引起設備的誤動作.EFT抗擾度測試主要就是驗證干擾施加在受試設備（EUT，本文中指的是智能電表）的電源及I/O線路上時設備的抗干擾能力.電源線是通過耦合/去耦網絡施加干擾的，而I/O線路則是通過電容耦合夾施加干擾的.測試中無論是施加在電源線上的干擾還是I/O線路上的干擾都是不對稱干擾（是指線與大地之間的干擾，即共模干擾），這也就為如何抑制EFT干擾提供了著手點.對于智能電表，我們采用臺式設備的測試方法.首先，檢查電表的功能性能；然后，按照測試標準連接設備，示意圖如圖1；其次，按照產品技術條件確定實驗等級，讓EFT發生器輸出開路，接示波器，設定EFT

發生器的各個參數；接著，將EFT發生器的輸出接耦合/去耦網絡或電容耦合夾，對智能電表施加脈沖群，要求每種試驗電壓下做3次試驗，每次1min，間隔1min，一種極性做完后換另一種極性，一根線做完后再換另一根，同時觀察智能電表功能是否正常；最后，斷開所有連接，重新檢查智能電表功能是否正常，并記錄試驗結果，編制試驗報告。

圖1 EFT試驗設備布置與連接示意圖

作為智能電表設計初級階段的簡易EFT抗擾度測

試方法，我們可以采用圖2所示的方法粗略驗證EUT的電磁兼容性能。如圖2所示，在EUT上繞上數圈（圈數與試驗嚴酷等級成正比，一般10圈相對而言已經比較嚴酷），通過控制信號控制繼電器的閉合從而控制外圍線圈的通斷電，模擬了EFT干擾。該方法可以對EUT做初步的測試。

圖2 EFT簡易測試圖 1.2 射頻輻射電磁場抗擾度測試方法

射頻輻射電磁場干擾（R-EMI）主要是由電臺、電視臺、固定或移動式無線電發射臺和各種工業輻射源產生的。標準IEC61000-4-3:2002主要把個人使用的移動電話作為輻射源的重點考慮點，原因是移動電話使用的普遍性和其在局部范圍內輻射干擾比較強。試驗的頻率定為80MHz~2GHz，而其上限頻率今后可能擴展到更高。標準要求用1kHz的正弦波對載波頻率進行幅度調制，以便模擬語音信號對載頻的幅度調制情況[*].試驗中對不同的頻段采用不同的天線產生所需的電磁場。雙錐天線的適用頻段為20~200MHz，對數周期天線適用頻段為200~1000MHz，對于1~2GHz的頻段可以采用角錐喇叭天線和雙脊波導天線。試驗需要在電波暗室內進行，試驗框圖如圖3所示。圖中天線（包括升降塔、轉臺）、均勻場及場強探頭均處在電波暗室內，通過計算機控制信號發生器和功率放大器從而實現對場強的控制。

圖3 試驗框圖

測試過程是這樣的：首先，按照設備技術要求確定試驗等級，不加正弦調制信號產生試驗等級要求強度的均勻場（覆蓋所有測試頻段）；其次，使用校準過程中確定的電平，以正弦波對其調幅（深度80%），信號發生器掃頻速度不超過1.5×10-

3十倍頻程/秒；最后，將試品放在轉臺上，讓設備各面都接受試驗（試品在一個面上做兩次試驗，天線分別處于垂直和水平位置上），觀察其功能和性能是否正常。

考慮到試驗設備復雜、成本昂貴以及受試設備（智能電表）體積不大的特點，在工程應用中我們常采用吉赫茲橫電磁波室（GTEM小室）對其進行R-EMI測試。試驗組成如圖4所示，N型接頭向小室傳播的為近似平面波（實際為球面波，但張角很小），小室芯板與底板之間形成均勻場區（芯板和底板扮演了天線的角色，要改變場的極化方向只能改變電表的相對方向來實現）。為做到不因電表的置入而過于影響場的均勻性，電表不得超過芯板與底板之間高度的1/3。GTEM小室內場強E=kV/h，其中k為比例系數，V為N型接頭輸入的信號電壓，h為芯板距底板的垂直距離。測試方法與前面所示測試方法相似。

圖4 GTEM小室測試

1.3 由射頻場感應所引起的傳導干擾抗擾度測試方法

傳導干擾（C-EMI）通常是由電焊機、可控硅整流器、熒光燈及在開關電感性負載時產生的。其所涉及頻段為150kHz~80MHz，剛好與前面的R-EMI相對應。該試驗主要考慮到低頻段時設備引線的長度可能達到干擾波的幾個波長，這樣引線就變成了被動天線接收射頻場的感應，變為傳導干擾進入設備內部，最終以射頻電壓和電流形式的近場電磁場影響設備的工作。

試驗整體框圖如圖5所示，試驗發生器中的低通和高通濾波器的作用是為防止信號諧波對電表產生干擾；固定衰減器是為了使試驗發生器達到50歐姆（由于各電網阻抗不同，為此規定一個統一的50歐姆阻抗，以便測試結果相互比較）輸出阻抗以減小功放至耦合網絡間的不匹配程度；信號發生器要求與R-EMI信號發生器要求相似（不同的是頻段范圍為150kHz~80MHz）；耦合/去耦網絡是將干擾信號施加到電源線路上；線性阻抗穩定網絡（LISN）是目前國際上規定的傳導性電磁干擾測量設備，圖6為分別測試兩條電源線上傳導干擾的單相LISN，當BMC端接騷擾測試儀時，儀器內部的標準阻抗為50歐姆，共模和差模干擾電流將從該50歐姆阻抗上流過，此時，LISN起到了為共模和差模干擾電流在所需測量的頻段提供一個固定阻抗（50歐姆）的作用，而50歐姆電阻上的電壓就是傳導干擾電壓。傳導干擾的耦合/去耦網絡可以參見標準IEC61000-4-6。

測試前要盡可能接近智能電表的實際安裝條件來連接電纜，這里我們只介紹了電源線的傳導干擾測試，實際上傳導干擾還可能發生在平衡線對及非屏蔽不平衡電纜上，其測試與上面介紹的測試方法相似，這里不再贅述。需要指出的是，要依次將試驗發生器與每個耦合/去耦網絡相連，而在其他未注入信號的耦合/去耦網絡射頻輸入端接50歐姆的電阻。測試時先將試驗電平（未加調制時的試驗電平）調到試驗等級的規定值，然后由1kHz正弦波調幅（深度80%）。試驗以速度不超過1.5×10-3十倍頻程/秒且在規定頻段內掃頻測試（掃頻步幅不超過上一頻率值的1%，每一頻率的駐留時間不少于電表所需運行和響應的時間）同時觀察電表的功能和性能是否正常。

圖5 C-EMI測試框圖

圖6 單相LISN測試連接圖 抗干擾措施

2.1 硬件抗干擾

系統失效和硬件損壞大部分是由各種干擾引起的，而絕大多數的干擾來自電源，所以對系統電源的抗干擾技術就顯得尤為重要。下面就介紹幾種電源的抗干擾措施。

（1）在電源變壓器的初級串聯一個電源濾波器，如“雙繞組扼流圈”的濾波線路，它對高頻干擾信號阻抗很大，使整個設備與電網之間有一定的高頻隔離，同時對于外界的高頻電磁場干擾也起到一定的抑制作用。

（2）在各相交流電源的進線端并聯一個壓敏電阻（MOV），其阻值隨施加在它兩端的電壓的增加而減小。這樣可以在供電出現過壓時形成一個低阻的分流器，從而可以防止施加在設備兩端的電壓急劇上升。當電壓恢復正常時，MOV又恢復到高阻狀態。

（3）在主控制器供電電源之前的三端穩壓器前并聯一個瞬變電壓抑制二極管（TVS）。當TVS兩端有瞬

間高能沖擊，它能以極高的速度成為低阻抗器件，吸

收大量電流，從而將其兩端的電壓嵌位在一個較低的值上，保護后面電路不因瞬態高壓而損壞。這一措施對于像雷擊浪涌之類的干擾是比較有效的。

（4）主控電路采用獨立的供電電源，各電路模塊之間采用合適的隔離措施（如光耦等）增強各模塊電路之間的互擾。

以上幾點就是硬件抗干擾設計的措施和技巧，通過以上的措施，就可以有效地抑制一部分干擾源對設備功能和性能的不良影響。2.2 軟件抗干擾

軟件抗干擾主要是防止電表在工作過程中出現大的錯誤。電表作為用電量的測量和記錄設備，諸如用電量等數據是十分重要的，這些數據的獲取和傳輸及存儲過程必須保證其準確可靠。下面就保證E2PROM數據寫入的可靠性措施做一簡要介紹。

（1）使用軟件陷阱。當控制器運行時受到干擾可能導致程序指針PC指向非程序區，使程序“跑飛”，很可能進入某個循環中挑不出來。當循環中沒有清除看門狗指令時，在給定看門狗定時條件下PC指針將復位。當循環中有清除看門狗指令時，就會產生死機。對于這種情況，程序可以設置大量的軟件陷阱，當PC進入非程序區時可能跳到軟件陷阱中，從而可以順利地使PC復位。設置軟件陷阱的位置主要有：①沒有使用到的中斷區。在沒有使用到得中斷服務子程序中設置軟件陷阱可以有效地捕捉到錯誤的中斷。②在處理器未編程的大量空間編寫軟件陷阱指令。當程序跑飛入該區域時可以迅速地跳入正軌。

（2）定時設置I/O口狀態。對于有些控制器可以編程I/O口的狀態，這樣當微處理器受到干擾時I/O口的狀態可能改變，比如電脈沖輸入口被干擾改變為輸出口時，就會導致用戶使用了電但是電表卻檢測不到。因此，周期性地重復定義I/O口的輸入/輸出狀態對于干擾環境下的電表運行是有益的。

（3）數據校驗。因為電表中的部分數據是十分重要的，不能出錯，因此，對這些數據的輸入是要進行特別的合法性判斷的。例如，對電量數據的格式進行判斷，就可以有效地限制一些錯誤的產生，提高其抗干擾性能。小結

在設計智能電表時，從電磁兼容的角度出發就可以高效地設計出經受的住其電磁環境要求的性能穩定產品，這可以避免走很多彎路。針對智能電表的實際工作環境和特點，主要從EFT、R-EMI、C-EMI三個方面考察其電磁兼容性能。結合實際和標準要求，采用簡便、高效的測試手段有助于智能電表的設計。同時采用合理的有針對性的抗電磁干擾技術可以保證智能電表在規定的技術條件下穩定可靠地工作。

第四篇：電磁兼容測試

一、前言

自從麥克斯韋建立電磁理論、赫芝發現電磁波百余年來，電磁能得到了充分的利用。尤其在科學發達的今天，廣播、電視、通信、導航、雷達、遙測遙控及計算機等領域得到了迅速的發展，給人類創造了巨大的物質財富，特別是信息、網絡技術的爆炸性發展，使世界的對話距離和時間驟然縮短，世界的面貌煥然一新，地球村的夢想將成為現實。然而，伴隨電磁能的利用，也帶來了電磁干擾的產生。元用的電磁場，通過輻射和傳導的途徑，以場和電流(電壓)的形式，侵人工作著的敏感的電子設備，使其無法正常工作。而且，如同生態環境污染一樣，隨著科學技術的發展.電磁環境的污染也越來越嚴重。它不僅對電子產品的安全與可靠性產生危害，還會對人類及生態產生不良影響。當然，這種污染不會滯留和積累電磁能量，一旦電磁騷擾源停止工作，干擾也即消失。

電磁環境的不斷惡化，引起了世界各工業發達國家的重視，特別是二十世紀七十年代以來，進行了大量的理論研究及實驗工作。進而提出了如何使電子設備或系統在其所處的電磁環境中，能夠正常的運衍，而對在該環境中工作的其它設備或系統也不引人不能承受的電磁干擾的新課題。這就是所謂的電磁兼容。

電磁兼容學是一門新興的跨學科的綜合性應用學科。作為邊緣技術，它以電氣和元線電技術的基本理論為基礎，并涉及許多新的技術領域，如微波技術、微電子技術、計算機技術、通信和網絡技術、以及新材料等等。電磁兼容技術研究的范圍很廣，兒乎所有現代化工業領域，如電力、通信、交通、航天、軍工、計算機和醫療等都必須解決電磁兼容問題。研究的熱點內容主要有：

電磁干擾源的特性及其傳輸特性；

電磁干擾的危害效應；

電磁干擾的抑制技術；

電磁頻譜的利用和管理；

電磁兼容性標準與規范；

電磁兼容性的測量與試驗技術；

電磁泄漏與靜電放電等。

電磁兼容學又是技術與管理并重的實用工程學。開展這樣的工程，需要投入大量的人力和財力。國際標準化組織已經和正在制定EMC的有關標準和規范。我國在這方面的起步雖然較晚，但發展很快。隨著市場經濟的發展，我國要參與世界技術市場的競爭，進出口的電子產品都必須通過EMC檢驗。因此，我國政府和相關部門越來越關注EMC問題，不斷制定了有關的強制性貫徹標準。各部門和軍兵種也都開始研究并建立了不同規模的EMC實驗室和檢測中心。各種形式的技術研討和交流，促進了EMC技術的普及、推廣和應用。我國98年已立法強制對六類進口電子產品(計算機、顯示器、打印機、開關電源、電視機和音響)及通信終端產品施行EMC檢測。99年國家質量監督局發布了《EMC認證管理辦法》。我國電子技術標準化研究所EMC測試實驗室被美國聯邦通信委員會通過了FCC認可。從2000年2月16日起，出口美國的信息技術設備和發射及接收設備，由該實驗室出具的數據將被美國直接接受。目前，國內也正在審定和驗收正式的EMC認證機構和實驗室。

產品的EMC檢測是實現電磁兼容不可缺少的技術手段，強制貫徹電磁兼容標準，則是保證產品質量和提高市場競爭力的先決條件。

二、電磁兼容基本概念

關于EMC的有關概念、定義和術語，在1995年頒布的國家標準GB/T4365“電磁兼容術語”中有詳細的闡述。這里僅就幾個主要概念作一些輔助說明。

1.電磁環境(Electromagnetic Environment)

指存在于給定場所的所有電磁現象的總和。

給定場所即空間。所有電磁現象包括全部時間與全部頻譜。

2.電磁兼容性(Electmmagnetic Compatibiiity-EMC)

設備或系統在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。

對于EMC這一概念，作為一門學科，可譯為“電磁兼容”，而作為一個設備或系統的電磁兼容能力，可稱為“電磁兼容性”。

由定義可以看出，EMC包括兩個方面的含義，即設備或系統產生的電磁發射，不致影響其它設備或系統的功能；而本設備或系統的抗干擾能力，又足以使本設備或系統的功能不受其它干擾的影響。這就又引出了另外兩個概念——電磁干擾和電磁敏感度。

3.電磁干擾(Electromagnetic Interference-EMI)

電磁騷擾引起的設備、傳輸通道或系統性能的下降。

所謂電磁騷擾(Electmmagnetic Disturbance)是指任何可能引起裝置、設備或系統性能降低或者對有生命或元生命物質產生損害作用的電磁現象。它可能是電磁噪聲、無用信號或傳播媒介自身的變化，它可能引起設備或系統降級或損害，但不一定會形成后果。而電磁干擾則是由電磁騷擾引起的后果。電磁干擾是由干擾源、藕合通道和接收器三部分構成的。通常稱作干擾的三要素。

根據干擾傳播的途徑，電磁干擾可分為輻射干擾和傳導干擾。

輻射干擾(Radiated Interference)是通過空間并以電磁波的特性和規律傳播的。但不是任何裝置都能輻射電磁波的。

傳導干擾(Conducted Interference)是沿著導體傳播的干擾。所以傳導干擾的傳播要求在干擾源和接收器之間有一完整的電路連接。

4.電磁敏感度(Electmmagnetic SuseeptibilkrEMS)

在存在電磁騷擾的情況下，裝置、設備或系統不能避免性能降低的能力。敏感度高，抗擾度低。其實二者是一個問題的兩個方面，即從不同角度反映裝置、設備或系統的抗干擾能力。以電平來表示，敏感度電平(剛剛開始出現性能降低時的電平)越小，說明敏感度越高，抗擾度就越低；而抗擾度電平越高，說明抗擾度也越高，敏感度就越低。

電磁敏感度也分為輻射敏感度和傳導敏感度。

三、電磁干擾的危害

人們常說的射頻干擾(Radio Frequency Interference-RFI)是指元線電廣播范圍的干擾。1934年在巴黎舉行的國際無線電干擾特別委員會(CISPR)，就是第一次開始對電磁干擾及其控制技術的世界性有組織的研究。在人類進入信息化社會的今天，電磁波作為一種資源已在OHz~400GHz寬頻范圍內，廣泛地用于信息技術產品中，如汽車、通信、計算機、家電等產品，大量地擁人社會和家庭。伴之而來的電磁干擾也就從甚低頻到微波波段，無孔不入地輻射或傳導至運行中的子設備或系統以及周圍的環境。給設備或系統以及生態帶來各種各樣的危害。現就幾個領域的電磁騷擾現象作簡要介紹。

(一)信息技術設備的電磁干擾不容忽視

信息技術設備(Informatbn Technohgy Equipmem-ITE)是指用于以下目的的設備：

接收來自外部源的數據(如通過鍵盤、數據線輸入)；

對接收到的數據進行某些處理；

提供數據輸出。

過去，人們往往認為，計算機是以邏輯為特征的數字系統，受自身和外來電磁干擾影響不會很大。盡管在系統設計和工程實現中，也自覺或不自覺地進行著防止和消除各種干擾的工作，然而，提到掌握和運用EMC技術上來認識和研究，其意識性還欠缺。然而，隨著微電子技術的發展，計算機己朝高速度、高靈敏度、高集成和多功能方向發展，系統已是含有多種元器件和許多分系統的低壓傳輸信息的復雜設備。高速和高密，會使系統的輻射加重，低壓、高靈敏度會使系統的抗擾度降低。因此，由于電磁環境的干擾和系統內部的相互竄擾，嚴重地威脅著計算機和數字系統工作的穩定性、可靠性和安全性。如兼容機經常出現死機的現象就是典型一例。

(二)信息技術設備的電磁泄揭威脅著信息安全

計算機的鍵盤、顯示屏等都會使信息輻射泄漏出去。如果泄漏的是有用信息，一旦被敵方截獲，將會造成巨大損失。美國是最早利用電磁輻射泄漏獲取情報和重視防信息泄漏的國家。美國曾有人在紐約做過試驗，將輻射信號截獲設備“數據掃描器”裝在汽車上，從曼哈頓南端的貝特利公園，沿華爾街緩行，對沿途的海關大樓、聯邦儲備銀行、世界貿易中心、市政廳、警察總局、紐約電話局以及聯合國總部等單位正在工作的計算機進行輻射信號監測。驚奇地發現，紐約是一個巨大的信息庫。如果截獲者，對其有興趣，便可通過放大、特征提取、解密、解碼等技術或信息處理等，獲得有用的情報。據資料介紹，當今的截獲技術相當先進，可在1公里之內，獲取清晰的屏幕圖像。在通信方面，則往往是以傳導波的方式泄漏和截獲。因為，通信領域的信號傳播方式主要是電纜、光纜和無線電波。所以，網絡時代，傳導形式的泄密更加嚴重。美國曾在20世紀70年代，一個潛水員在前蘇聯領海縱深內部的鄂霍次克海120米深的海底軍事通信電纜上安裝了一個6米長的竊聽設備，它大量記錄了所有經過電纜的通信信號。由于沒有采取任何加密措施，而使大量軍事通信情報輕易地落在了美國人手中。美國在信息泄漏的制技術方面也很高明。美國國家安全局和美國國防部從二十世紀六十年代就開始研究制定和逐步完善的防電磁泄漏標準，就是用于計算機及信息設備防信息泄漏的研究被稱作Tempest技術。IBM開發的Tempest個人計算機、打印機、顯示器等產品.就有明顯的市場競爭力。在網絡時代，信息泄漏被認為是對網絡安全的最大威脅。所以，防信息泄漏已不再只是對軍事領域才有意義，而在經濟領域及各行各業都應引起足夠的重視了。

(三)機載系統的EMI現象

我們都知道，在飛機上不允許使用筆記本電腦、手機和聽CD片等。其原因就在于避免這些設備產生電磁騷擾。一旦電磁騷擾通過飛機上的電纜線藕合到機上的敏感設備，就可能形成干擾，使設備工作不穩，甚至失控。如果這些騷擾通過機艙的窗戶向外輻射，使空間的電磁環境更加復雜，而機身上有大量的傳感器和數十付天線，就會因干擾而增加飛機偏離航線或造成其它事故的可能性。本來飛機設計對電磁兼容性，尤其是抗擾性的要求就是非常高的。

現代交通工具越來越多的依賴于電子系統。對車載接收、監控和定位等電子控制系統來說，如果電磁抗擾度不夠，就很容易受空間電磁環境干擾而不能正常工作，甚至失控造成事故。如氣囊的保護失靈、定位錯誤等。鐵路道岔的信號自動控制，如果因電磁干擾造成誤控，將會給列車的行駛帶來不堪設想的災難。

(四)微波領域的電磁干擾

衛星地面站和雷達裝置都會受到諸如：特高頻波段的電視信號、核電信號等干擾。如美國正在研制的新一代大功率徽波武器，其頻率在l~100GHz范圍，可想，強的微波輻射將會給電子設備或系統以及生物帶來多么嚴重的破壞和殺傷。

移動電話正在我國蓬勃發展，可是它所產生的電磁干擾給持手機的人們帶來許多困擾和驚恐。目前，國家尚無關于移動電話的電磁輻射衛生標準，也無手機電磁輻射測試方法的標準.但據有關部門的初步檢測和分析，認為手機的電磁輻射為點頻微波輻波。手機在使用過程中，其電磁輻射以手機與基站(網)取得聯系時最大，第一聲鈴響后，輻射逐漸減小。所以，在手機接通后的最初幾秒之內，最好不要馬上將手機貼耳接聽。因為人的大腦和眼睛對輻射是比較敏感的，以免造成傷害。當然，在通話過程中，聲調的高低、聲音的大小和快慢也會使輻射有所不同。另外，手機的類型不同，天線的內置或外置，其輻射都會有些差別。

(五)EMI對醫療衛生設備或系統的危害

當今，許多醫療設備都采用了先進的電子和信息技術。這些設備的抗擾度如何，直接關系到人們的生命安危。如心臟起膊器，往往就會受到來自計算機、手機等的電磁干擾，使其功能發生變化。據說，一付由生物電控制的假肢，在高壓線下受到電磁干擾后人仰車翻。所以醫療設備的電磁兼容性設計尤為重要，醫療單位的電磁環境值得關注。

另外，雷電和靜電放電的危害，也屬電磁危害范疇，其危害的嚴重性是人們多有體會和認識的。

四、堅持電磁兼容設計，確保產品質量

EMC學科的建立和一系列電磁兼容標準的制定，為我們從理論與實踐的結合上實現產品或系統的電磁兼容提供了指導。

EMC設計的目標是通過EMC測試和認證。

EMC設計的最終目的是為了使我們的設備或系統能在預定的電磁環境中正常、穩定的工作，并對該電磁環境中的任何事物不構成電磁騷擾，即實現電磁兼容。

EMC設計涉及的內容很多。從原理上講，要研究 干擾的三要素(干擾源、干擾的藕合通道和接收器)和 抑制干擾措施等。從技術來說，主要是如何運用濾波、接地和屏蔽三大技術。

電磁兼容設計的基本原則和方法，首先是根據產品設計對EMC提出的要求和相應的指標，然后，依據電磁兼容的有關標準和規范，將設計產品的電磁兼容性指標要求分解成元器件級、電路級、模塊級和產品級的指標要求，再按照各級要實現的功能要求，逐級分層次的進行設計。

電磁兼容性設計應考慮的問題很多，但從根據上講，就是如何提高設備的抗擾度和防止電磁泄漏。通常采取的措施，一方面設備或系統本身應選用互相干擾最小的設備、電路和部件，并進行合理的布局。再就是通過接地、屏蔽及濾波技術，抑制與隔離電磁騷擾。對不同的設備或系統有不同的設計方法和措施。下面具體談點粗淺認識。

(一)元器件的選擇和電路的分析是EMC設計的基礎

以計算機為例.它是以數字電路為主，以低電平傳輸信號的設備。所用的數字集成電路既是干擾源，又是干擾的敏感器件，以存儲器為代表的MOS器件就是一個典型例子。存儲器瞬間工作時能產生很大電流，加之工作頻率可達百兆以上，因而易產生竄擾，造成誤動作或通過公共阻抗干擾其它電路。但另一方面，MOS器件本身的抗擾性又很差。數字電路傳送脈沖信號，產生的輻射頻率范圍很寬，如時鐘產生器、高速邏輯電路等都會產生高頻干擾和電磁泄漏，同時也會受通信、電視等頻段的電磁騷擾。因此，在設計時要考慮選用抗干擾器件，合理確定指標和運用接地、屏蔽等技術。

(二)電珠系統的電磁兼容性設計

無論是信息技術設備還是無線電電子、電氣產品都要有電源供電。電源有外電源和內電源，電源是典型的也是危害嚴重的電磁干擾源。如電網的沖擊，尖峰電壓可高達千伏以上，會給設備或系統帶來毀滅性的破壞。另外，電源干線是多種干擾信號侵人設備的途徑。因此，電源系統，特別是開關電源的EMC設計是部件級設計的重要環節。其措施多種多樣，諸如供電電纜直接從電網總閘引出，電網引出的交流經穩壓、低通濾波、電源變壓器繞組間的隔離、屏蔽以及浪涌抑制和過壓過流保護等。

(三)接地系統的抗干擾設計

良好的接地可以保護設備或系統的正常操作以及人身安全。可以消除各種電磁干擾和雷擊等。所以接地設計是非常重要的，但也是難度較大的課題。地線的種類很多，有邏輯地、信號地、屏蔽地、保護地等。接地的方式也可分單點接地、多點接地、混合接地和懸浮地等。理想的接地面應為零電位，各接地點之間無電位差。但實際上，任何“地”或接地線都有電阻。當有電流通過時，就會產生壓降，使地線上的電位不為零，兩個接地點之間就會存在地電壓。當電路多點接地，井有信號聯系時，就將構成地環路干擾電壓。因此，接地技術十分講究，如信號接地與電源接地要分開，復雜電路采用多點接地和公共地等。

(四)印制電路板的EMC設計

元器件、電路和地線引起的騷擾都會在印制電路板上反映出來。因此，印制電路板的EMC工程設計非常關鍵。印制電路板的布線要合理，如采用多層板，電源線與地線靠近，時鐘線、信號線與地線的臣離要近等，以減少電路工作時引起內部噪聲。嚴格執行印制電路板的工藝標準和規范，模擬和數字電路分層布局，以達到板上各電路之間的相互兼容。

另外，值得注意的是在進行EMC設計時，一定不能忽略對靜電放電(ESD)的防護。ESD防護的關鍵，一是防止靜電核的產生和積累，再就是阻隔ESD效應的發生。阻止披電的方法和措施很多，這里不做贅述。

五、掌握并運用EMC測試技術

EMC設計與EMC測試是相輔相成的。EMC設計的好壞是要通過EMC測試來衡量的。只有在產品的EMC設計和研制的全過程中，進行EMC的相容性預測和評估，才能及早發現可能存在的電磁干擾，并采取必要的抑制和防護措施，從而確保系統的電磁兼容性。否則，當產品定型或系統建成后再發現不兼容的題，則需在人力、物力上花很大的代價去修改設計或采用補救的措施。然而，往往難以徹底的解決問題，而給系統的使用帶來許多麻煩。

EMC測試包括測試方法、測量儀器和試驗場所，測試方法以各類標準為依據，測量儀器以頻域為基礎，試驗場地是進行EMC測試的先決條件，也是衡量EMC工作水平的重要因素。EMC檢測受場地的影響很大，尤其以電磁輻射發射、輻射接收與輻射敏感度的測試對場地的要求最為嚴格。目前，國內外常用的試驗場地有：開闊場、半電波暗室、屏蔽室和橫電磁波小室等。

作為EMC測試的實驗室大體有兩種類型：一種是經過EMC權威機構審定和質量體系認證而且具有法定測試資格的綜合性設計與測試實驗室。或稱檢測中心。它包括有進行傳導干擾、傳導敏感度及靜電放電敏感度測試的屏蔽室，有進行輻射敏感度測試的消聲屏蔽室，有用來進行輻射發射測試的開闊場地和配備齊全的測試與控制儀器設備。要建立這樣一套完善的實驗室需投入幾百萬甚至數千萬元人民幣。目前，國內已有數家已建成或正在投資興建。

另一種類型就是根據本單位的實際需要和經費情況而建立的具有一定測試功能的EMC實驗室。比起大型的綜合實驗室，這類測試實驗室規模小，造價低。主要適用于預相容測試和EMC評估。也就是為了使產品在最后進行EMC認證之前，具有自測試和評估的手段。如有不足，還可充分利用社會成果，內外合作，相互比對和交流，以達節約開支，改進設計，不斷提高產品的電磁兼容性之目的。

在測試儀器方面，以頻譜分析儀為核心的自動檢測系統，可以快捷、準確地提供EMC有關參數。新型的EMC掃描儀與頻譜儀相結合，實現了電磁輻射的可視化。可對系統的單個元器件，PCB板、整機與電纜等進行全方位的三維測試，顯示真實的電磁輻射狀況。

EMC測試必須依據EMC標準和規范給出的測試方法進行，并以標準規定的極限值作為判據。對于預相容測試，盡管不可能保證產品通過所有項目的標準測試，但至少可以消除絕大部分的電磁干擾，從而提高產品的可信度。而且能夠指出你如何改進設計、抑制EMI發射。

六、結束語

EMC作為一門多學科的高新技術，以其在質量保證體系中的重要作用而逐漸被人們所認識。堅持電磁兼容性設計，提高貫徹EMC標準的意識性。消除電磁干擾，實現電磁兼容，從根本上提高產品的質量與可靠性。

第五篇：電磁兼容作業

題目：電源電磁兼容原理及抑制方法電磁兼容原理作業

姓名：趙軍

學號：S20060151

電源電磁兼容原理及抑制方法

隨著電子設備的大量應用，電源在這些設備中的地位越來越重要，而開關變換器由于體積小、重量輕、效率高等特點，在電源中占的比重越來越大。開關電源大多工作在高頻情況下，在開關器件的開關過程中，寄生元件（如寄生電容、寄生電感等）中能量的高頻變化產生了大量的電磁干擾（Electromagnetic Interference，EMI）。

EMI信號占有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度，經過在電路、空間中的傳導和輻射，污染了周圍的電磁環境，影響了與其它電子設備的電磁兼容（Electromagnetic Compatibility）性。隨著近年來各國對電子設備的電磁干擾和電磁兼容性能要求的不斷提高，對電磁干擾以及新的抑制方法的研究已成為開關電源研究中的熱點。

本文對電磁干擾產生、傳播的機理進行了簡要的介紹，重點總結了幾種近年來提出的抑制開關電源電磁干擾產生及傳播的新方法。1 電磁干擾的產生和傳播方式

開關電源中的電磁干擾分為傳導干擾和輻射干擾兩種。通常傳導干擾比較好分析，可以將電路理論和數學知識結合起來，對電磁干擾中各種元器件的特性進行研究；但對輻射干擾而言，由于電路中存在不同干擾源的綜合作用，又涉及到電磁場理論，分析起來比較困難。下面將對這兩種干擾的機理作一簡要的介紹。1.1 傳導干擾的產生和傳播

傳導干擾可分為共模（Common Mode-CM）干擾和差模（Differential Mode-DM）干擾。由于寄生參數的存在以及開關電源中開關器件的高頻開通與關斷，使得開關電源在其輸入端（即交流電網側）產生較大的共模干擾和差模干擾。1.1.1 共模（CM）干擾

變換器工作在高頻情況時，由于dv/dt很高，激發變壓器線圈間、以及開關管與散熱片間的寄生電容，從而產生了共模干擾。如圖1所示，共模干擾電流從具有高dv/dt的開關管出發流經接地散熱片和地線，再由高頻LISN網絡（由兩個50Ω電阻等效）流回輸入線路。

圖1 典型開關變換器中共模、差模干擾的傳播路徑

根據共模干擾產生的原理，實際應用時常采用以下幾種抑制方法： 1）優化電路器件布置，盡量減少寄生、耦合電容。

2）延緩開關的開通、關斷時間。但是這與開關電源高頻化的趨勢不符。3）應用緩沖電路，減緩dv/dt的變化率。1.2.2 差模（DM）干擾

開關變換器中的電流在高頻情況下作開關變化，從而在輸入、輸出的濾波電容上產生很高的di/dt，即在濾波電容的等效電感或阻抗上感應了干擾電壓。這時就會產生差模干擾。故選用高質量的濾波電容（等效電感或阻抗很低）可以降低差模干擾。

1.2 輻射干擾的產生和傳播

輻射干擾又可分為近場干擾〔測量點與場源距離<λ/6（λ為干擾電磁波波長）〕和遠場干擾（測量點與場源距離>λ/6）。由麥克斯韋電磁場理論可知，導體中變化的電流會在其周圍空間中產生變化的磁場，而變化的磁場又產生變化的電場，兩者都遵循麥克斯韋方程式。而這一變化電流的幅值和頻率決定了產生的電磁場的大小以及其作用范圍。在輻射研究中天線是電磁輻射源，在開關電源電路中，主電路中的元器件、連線等都可認為是天線，可以應用電偶極子和磁偶極子理論來分析。分析時，二極管、開關管、電容等可看成電偶極子；電感線圈可以認為是磁偶極子，再以相關的電磁場理論進行綜合分析就可以了。

圖2是一個Boost電路的空間分布圖，把元器件看成電偶極子或磁偶極子，應用相關電磁場理論進行分析，可以得出各元器件在空間的輻射電磁干擾，將這些干擾量迭加，就可以得到整個電路在空間產生的輻射干擾。關于電偶極子、磁偶極子，可參考相關的電磁場書籍，此處不再論述。

圖2 Bosst電路在三維空間的分布

需要注意的是，不同支路的電流相位不一定相同，在磁場計算時這一點尤其重要。相位不同一是因為干擾從干擾源傳播到測量點存在時延作用（也稱遲滯效應）；再一個原因是元器件本身的特性導致相位不同。如電感中電流相位比其它元器件要滯后。遲滯效應引起的相位滯后是信號頻率作用的結果，僅在頻率很高時作用才較明顯（如GHz級或更高）；對于功率電子器件而言，頻率相對較低，故遲滯效應作用不是很大。2 幾種新的電磁干擾抑制方法

在開關電源產生的兩類干擾中，傳導干擾由于經電網傳播，會對其它電子設備產生嚴重的干擾，往往引起更嚴重的問題。常用的抑制方法有：緩沖器法，減少耦合路徑法，減少寄生元件法等。近年來，隨著對電子設備電磁干擾的限制越來越嚴格，又出現了一些新的抑制方法，主要集中在新的控制方法與新的無源緩沖電路的設計等幾個方面。下面分別予以介紹。2.1 新的控制方法—調制頻率控制

干擾是根據開關頻率變化的，干擾的能量集中在這些離散的開關頻率點上，所以很難滿足抑制EMI的要求。通過將開關信號的能量調制分布在一個很寬的頻帶上，產生一系列的分立邊頻帶，則干擾頻譜可以展開，干擾能量被分成小份分布在這些分立頻段上，從而更容易達到EMI的標準。調制頻率（Modulated Frequency）控制就是根據這種原理實現對開關電源電磁干擾的抑制。最初人們采用隨機頻率（Randomized Frequency）控制[1]，其主要思想是，在控制電路中加入一個隨機擾動分量，使開關間隔進行不規則變化，則開關噪聲頻譜由原來離散的尖峰脈沖噪聲變成連續分布噪聲，其峰值大大下降。具體辦法 是，由脈沖發生器產生兩種不同占空比的脈沖，再與電壓誤差放大器產生的誤差 信號進行采樣選擇產生最終的控制信號。其具體的控制波形如圖3(a)所示。

(a)隨機頻率控制原理波形圖

(b)調制頻率控制原理波形圖 圖3 兩種不同的頻率調制波形

但是，隨機頻率控制在開通時基本上采用PWM控制的方法，在關斷時才采用隨機頻率，因而其調制干擾能量的效果不是很好，抑制干擾的效果不是很理想。而最新出現的調制頻率控制則很好地解決了這些問題。其原理是，將主開關頻率進行調制，在主頻帶周圍產生一系列的邊頻帶，從而將噪聲能量分布在很寬的頻帶上，降低了干擾。這種控制方法的關鍵是對頻率進行調制，使開關能量分布在邊頻帶的范圍，且幅值受調制系數β的影響（調制系數β=Δf/fm，Δf為相鄰邊頻帶間隔，fm為調制頻率），一般β越大調制效果越好[2][3]，其控制波形如圖3(b)所示。

圖4即為一個根據調制頻率原理設計的控制電路。各種控制方法可以在不影響變換器工作特性的情況下，很好地抑制開通、關斷時的干擾。

圖4 一個典型的調制頻率控制電路

2.2 新的無源緩沖電路設計

開關變換器中電磁干擾是在開關管開關時刻產生的。以整流二極管為例，在開通時，其導通電流不僅引起大量的開通損耗，還產生很大的di/dt，導致電磁干擾；而在關斷時，其兩端的電壓快速升高，有很大的dv/dt，從而產生電磁干擾。緩沖電路不僅可以抑制開通時的di/dt、限制關斷時的dv/dt，還具有電路簡單、成本較低的特點，因而得到了廣泛應用。但是傳統的緩沖電路中往往采用有源輔助開關，電路復雜不易控制，并有可能導致更高的電壓或電流應力，降低了可靠性。因此許多新的無源緩沖器應運而生，以下分別予以總結介紹。2.2.1 二極管反向恢復電流抑制電路

對于圖5(a)的Boost電路，Q1開通后，D1將關斷。但由于此前D1上的電流為工作電流，要降為零，其dv/dt將很高。D1的關斷只能靠反向恢復電流尖峰，而現有的抑制二極管反向恢復電流的方法大多只適用于特定的變換器電路，而且只對應某一種的輸入輸出模式，適用性很差。國外有人提出了圖5(b)的電路[6]，可以較好地解決這一缺陷。

圖5(b)的關鍵在于把一個輔助二極管（D2）、一個小的輔助電感（L2）與主功率電感（L1）的部分線圈串聯，然后與主二極管（D1）并聯。其工作原理是，在Q1開通時，利用輔助電感及輔助二極管構成的輔助電路進行分流，使主二極管D1上的電流降為零，并維持到Q1關斷。由于電感L2的作用，輔助二極管D2上的反向恢復電流是很小的，可以忽略。

(a)Boost電路

(b)二極管反向恢復電路

圖5 Boost電路及其二極管反向恢復電路

這種方法除了可用于一般的變換器電路，以限制主二極管的反向恢復電流，還可以用在輸入輸出整流二極管的恢復電流抑制上。圖6是這種應用的舉例。這種技術應用在一般的電源電路里，都可以獲得有效抑制反向恢復尖峰電流、降低EMI、減少損耗提高效率的效果。

(a)輸入整流電路

(b)輸出整流電路 圖6 輸入輸出整流二極管反向恢復電流抑制電路

2.2.2 無損緩沖電路

在變換器電路中，主二極管反向恢復時，會對開關管造成很大的電流、電壓應力，引起很大的功耗，極易造成器件的損壞。為了抑制這種反向恢復電流，減少損耗，而提出了一種無損緩沖電路[5]，如圖7所示。

圖7 無損緩沖電路

其主要工作原理是，主開關Q開通時的di/dt應力、關斷時的dv/dt應力分別受L1、C1所限制，利用L1、C1、C2之間相互的諧振及能量轉換，實現對主二極管D反向恢復電流的抑制，使開關損耗、EMI大大減少。不僅如此，由于開通時C1上的能量轉移到C2，關斷時C2和L1上的能量轉移到負載，這種緩沖電路的損耗很低，效率很高。2.2.3 無源補償技術

傳統的共模干擾抑制電路如圖8所示。為了使通過濾波電容Cy流入地的漏電流維持在安全范圍，Cy的值都較小，相應的扼流線圈LCM就變大，特別是由于LCM要傳輸全部的功率，其損耗、體積和重量都會變大。應用無源補償技術，則可以在不影響主電路工作的情況下，較好地抑制電路的共模干擾，并可減少LCM、節省成本。

圖8 共模干擾濾波器 由于共模干擾是由開關器件的寄生電容在高頻時的dv/dt產生的，因此，用一個額外的變壓器繞組在補償電容上產生一個180°的反向電壓，產生的補償電流再與寄生電容上的干擾電流迭加，從而消除干擾。這就是無源補償的原理。

圖9(a)為加入補償電路的隔離式半橋電路。由于半橋、全橋電路常用于大功率場合，濾波電感LCM較大，所以補償的效果會更明顯。該電路在變壓器上加了一個補償線圈Nc，匝數與原邊繞組一樣；補償電容CCOMP的大小則與寄生電容CPARA一樣。這樣一來，工作時的Nc使CCOMP產生一個與CPARA上干擾電流大小相同、方向相反的補償電流，迭加后消除了干擾電流。補償線圈不流過全部的功率，僅傳輸干擾電流，補償電路十分簡單。

同樣，對于圖9(b)中的正激式電路，利用其自身的磁復位線圈，可以更加方便地實現補償。無源補償技術還可以應用于非隔離式的變換器電路中，如圖10所示，原理是一樣的。

(b)帶補償電路的正激電路

(a)帶補償電路的隔離式半橋電路

圖9 兩種無源補償電路

(a)Boost電路

(b)Buck電路

圖10 帶補償電路的非隔離式Boost、Buck電路

需要注意的是，無源補償技術有一定的應用條件，它受開關電流、電壓的上升、下降時間，以及變壓器結構等因素的影響，特別當變壓器的線間耦合電容遠大于寄生電容時，干擾電流不經補償線圈而直接進入大地，此時抑制效果就不很理想。3 結語

產生噪聲的來源很多，如外來干擾、機械振動、電路設計不當、元器件選擇不當以及結構布局或布線不合理等。在開關變換器中，功率三極管和二極管在開－關過程中所產生的射頻能量是干擾的主要來源之一。由于頻率較高，或以電磁能的形式直接向空間輻射（輻射干擾），或以干擾電流的形式沿著輸入、輸出導線傳送（傳導干擾），其中后者的危害更為嚴重。

開關電源技術是一項綜合性技術，可以利用先進的半導體電路設計技術、磁性材料、電感元件技術以及開關器件技術等來有效地減少和抑制EMI。目前，開關電源已日益廣泛地應用到各種控制設備、通信設備以及家用電器中，其電磁干擾問題、及與其它電子設備的電磁兼容問題已日益成為人們關注的熱點，未來電磁干擾及其相關問題必將得到更多的研究。