第一篇：變電站電磁干擾及電磁兼容論文(整理版)

變電站綜合自動化結課論文

班級：電自100 班

姓名：

學號：20100100

變電站的電磁干擾及電磁兼容

引言

電力系統作為一個強大的電磁干擾源，在運行時會產生各種電磁干擾。各種以微電子和計算機技術為基礎的二次設備（例如繼電保護、遠動、通信設備等）是干擾的敏感者，極易受到干擾影響而出現誤動、程序運行異常等非正常工作狀態，甚至造成元器件或者設備的損壞。隨著智能電子設備、就地化智能終端和保護、高頻率低電壓微處理器、非常規互感器等新技術的采用，電力系統二次設備的抗干擾性能將面臨更大的挑戰。

變電站綜合自動化系統，是利用多臺微機和大規模集成電路組成的自動化系統，代表常規的測量和監視儀表，代替常規控制屏、中央信號系統和遠動屏，用微機保護代替常規的繼電保護屏，改變常規的繼電保護裝置不能與外界通信的缺陷。因此，變電站綜合自動化是自動化技術、計算機技術和通信技術等高科技在變電站領域的綜合應用。變電站綜合自動化系統具有功能綜合化、結構微機化、操作監視屏幕化、運行管理智能化等特征。

變電站在電力系統中，是一次設備和二次設備最集中的場所。系統運行方式的變化、開關的動作、雷電流的出現以及二次回路電纜間的電磁耦合都會對二次回路產生干擾。因此，變電站是電力系統電磁干擾和電磁兼容性問題的主要研究對象。

本文將從電磁干擾源、電磁干擾危害以及防電磁干擾的措施三個方面對變電站電磁兼容問題做一定的闡述。

一、電磁干擾源分析

變電站綜合自動化系統的電磁干擾源有外部干擾和內部干擾兩方面。內部干擾是由自動化系統結構、元件布置和生產工藝等決定。外部干擾源主要有交、直流回路開關操作、擾動性負荷(非線性負荷、波動性負荷)短路故障、大氣過壓(雷電)、靜電、無線電干擾和和電磁脈沖等。

變電站中一次回路的任何暫態過程都會通過不同的耦合途徑傳入二次回路形成電磁干擾，二次回路本身也會產生干擾。二次回路中的設備主要包括繼電保護、控制、信號、通信和監測等儀器儀表。它們都屬于弱電裝置，耐壓能力與抗干擾能力較弱。因此，不加防范就會干擾二次設備的正常工作，嚴重時會造成二次設備絕緣擊穿損壞，形成永久性故障。下面主要論述變電站中的電磁干擾源及其特性。

1、諧波的干擾

電力系統是由電感、電阻和電容組成的網絡，在一定的參數配合下可能對某些頻率產生諧振，,出現過電壓和過電流。由于變壓器鐵芯的非線性，高次諧波電流會使電源電壓波形畸變，電源的高次諧波電壓通過電容耦合，會在二次設備上產生高次諧波感應電壓和感應電流。當此電壓和電流值超過某一數值時，就會造成二次設備誤動或毀壞。

2、開關量操作引起的干擾

開關操作引起的干擾是變電站微機綜合自動化系統所受到的最主要的電磁干擾。當線路或變壓器發生短路故障時，開關(斷路器)要做出跳閘動作。此時，在開關動、靜觸頭間將發生開斷、電弧重燃的反復過程。在此過程中將感應出很高的脈沖電壓和高頻振蕩電流。當振蕩電流和脈沖電壓與微機監控系統中要處理的開關量和脈沖量同頻段時，將使監控和保護等二次系統受到影響，尤其對高速運行和傳遞數字邏輯信號的微機、計算機干擾更為嚴重。

3、雷擊干擾

當雷電擊中變電站后，大電流將經由接地點泄入地網，使接地點電位大大升高。若二次回路接地點靠近雷擊大電流的入地點，則二次回路接地點的電位將隨之升高，會在二次回路中形成共模干擾，形成過電壓，嚴重時會造成二次設備絕緣擊穿。對于二次電纜來說，由于電纜外皮兩端與接地網相連，當有雷電流流過地網時。會在電纜兩端產生電位差，電流將流過二次電纜的外皮，在二次電纜的芯線上感應出感應電勢，疊加在信號上造成干擾。綜合自動化變電站中有大量的數字集成電路裝置，如遠動RTU裝置、微機保護裝置和微機故障錄波裝置等。這些裝置的電源工作電壓一般為5 V，對雷擊干擾尤為敏感。如RTU裝置，它是由微機處理器和計算機接口電路等構成，當雷電流通過電力電纜、戶外二次電纜、交流工作電源等進入RTU主機時，會在RTU的外殼與大地之間產生一個瞬時達到幾kV的高電壓，該高電壓將直接危害著RTU裝置的運行安全，甚至會導致設備損壞。

4、二次回路自身干擾

二次回路自身的干擾主要是通過電磁感應而產生的。到目前為止，我國變電站綜合自動化設備的數字集成電路裝置，很多是采用單片機系統來實現的，單片機系統中的印刷電路板(PCB)上的器件均是由直流電源供電。而直流回路中有許多大電感線圈，在直流回路進行開關操作時，線圈兩端將出現過電壓，它會在二次回路設備上感應出不利于二次設備正常工作的感應電壓和感應電流，對PCB上的器件造成干擾，從而干擾單片機系統的正常工作。

二、電磁干擾可能產生的后果

電磁干擾間可以順利通過各種分布電容或分布電感耦合到變電站綜合自動化系統中，一旦干擾侵入自動化系統內，便將對系統的正常工作造成嚴重影響，其干擾的后果各式各樣，歸納起來有以下幾類：

(1)電源回路干擾。使計算機電源受干擾，造成計算機工作不穩定，甚至死機。

(2)模擬量輸入、輸出通道干擾后果。從TA(小電流互感器)或TV(小電壓互感器)的二次引線引入浪涌電壓，造成采樣數據錯誤，輕則影響采樣精度和計量的準確度；重則可能引起微機保護誤動，甚至可能損壞元器件。

(3)開關量輸入、輸出通道干擾的后果。變電站現場斷路器、隔離開關的輔助觸點通過長線至開關量輸入回路，其受干擾會產生輔助觸點抖動，甚至造成分、合位置判斷錯誤。開關量的輸出通道由計算機的輸出至斷路器的跳、合閘的出口回路。除了易受外界引入的浪涌電壓干擾外，自動裝置內部，微計算機上電過程也容易有干擾信號，導致誤動。

(4)CPU和數字電路受干擾的后果。當CPU正通過地址線送出一個地址信號時，若地址線受干擾，使傳送的地址錯誤，導致取錯指令、操作碼或取錯數據，結果有可能誤判斷或誤發命令，也可能取到CPU不認識的指令操作碼而停止工作或進入死循環；如果CPU在傳送數據過程中，數據線受干擾，則造成數據錯誤，邏輯紊亂，對于微機保護裝置來說也可能引起誤動或拒動，或引起死機。計算機的隨機RAM是存放中間計算結果、輸入輸出數據和重要標志的地方，在強電磁干擾下，可能引起RAM中部分區域的數據或標志出錯。所引起的后果如數據線受干擾一樣，也是很嚴重的。大部分自控裝置的程序和各種定值存放在EPROM或電子盤中，如果EPROM受干擾而程序或定值道破壞，將導致相應的自動裝置無法工作。

三、變電站的電磁兼容技術措施

對于變電站綜合自動化系統來說，消除或抑制干擾應針對電磁干擾的三要素進行，即消除或抑制干擾源；切斷電磁耦合途徑；降低裝置本身對電磁干擾的敏感度。針對綜合自動化系統在多個變電站的實際運行情況，下面介紹幾種電磁兼容技術措施：

(1)擬制干擾源的影響。外部干擾源往往是通過連接導線端子串入自動化系統的，可采用屏蔽措施，具體的有一次設備與自動化系統輸入、輸出的連接采用帶有金屬外皮(屏蔽層)的控制電纜，電纜的屏蔽層兩端接地，對電場耦合和電磁耦合都有顯著的削弱作用；二次設備內，綜合自動化系統中的測量和微機保護或自控裝置所采用的各類中間互感器的一、二次繞組之間加設屏蔽層，這樣可起電場屏蔽作用，防止高頻干擾信號通過分布電容進入自動化系統的相應部件；機箱或機柜的輸入端子上對地接一耐高壓的小電容，可抑制外部高頻干擾；變電站綜合自動化系統的機柜和機箱采用鐵質材料，使其本身也是一種屏蔽。

(2)接地和減少共阻抗耦合。接地是變電站綜合自動化系統電磁兼容的重要形式措施之一。該系統的地線種類有微機電源地和數字地、模擬地、信號地、噪聲地、屏蔽地等五種地線。正確的工作接地，對系統的安全可靠工作來說關系重大，而且必須根據實際情況靈活處理。

① 微機電源采取浮地方法即其零線不與機殼相連。這是目前變電站綜合自動化系統和各種微機自動裝置或微機保護裝置經常采用的方法。這種方法必須盡量減少電源線同機殼之間的分布電容。

② 微機電源地與機殼共地。由于“浮地”或不良接地不僅破壞了接地系統的完整性，而且可能成為一個干擾分配系統。因此，對含有模／數轉換和高增益放大器的微機裝置，宜采用微機電源地與機殼和大地共地的接線方式。這種共地方式可切除放大器正反饋通道，并可消除通過分布電容間導線耦合的低頻干擾的影響。③ 一點接地。變電站綜合自動化系統屬于低頻系統，且其各個子系統都由多塊插件組成，應盡量采用一點接地的原則。因為在低頻的布線和元件問的電感并不是什么大問題，主要是避免接地電路形成環路，避免地線形成環流。

④ 數字地和模擬地的處理。A／D轉換器的數字地通常和電源地是共地連接的，由于數字地上電平的跳躍會造成很大的尖峰干擾，會影響A／D轉換器的模擬地電平的波動，影響轉換結果的精度。為此常采用模擬地和信號地連在一起浮空而不與數字地連在一起或采取數字地和模擬地共地或模擬地和數字地通過一對反相二極管相連接。

⑤ 噪聲地的處理。對于繼電器或電動機等回路的噪聲地，采取獨立地的方式，不要與模擬地和數字地合在一起。

(3)電站綜合自動化系統中，采取良好的隔離可以減少于擾傳導侵入。行之有效的隔離措施有以下幾種：

① 模擬量的隔離。變電站的監控系統、微機保護裝置以及其他自動裝置所采集的模擬量處于強電回路中，必須經過設置在自動化系統各種交流輸入回路中的隔離變壓器TA、TV隔離，這些隔離變壓器一、二次之間必須有屏蔽層，而且屏蔽層必須接安全地，才能起到比較好的屏蔽效果。② 開關量輸入、輸出的隔離。變電站綜合自動化系統開關量的輸入，主要是斷路器、隔離開關的輔助觸點和主變壓器分頭位置等。開關量的輸出，大多數也是對斷路器、隔離開關和主變壓器分接開關的控制。這些斷路器和隔離開關都處于強電回路中，如果與自動化系統直接連接，必然會引入強的電磁干擾。因此，要通過光電耦合器隔離或繼電器觸點隔離，這樣會取得比較好的效果。

③ 強、弱信號電纜的隔離。強、弱信號不應使用同一根電纜；信號電纜應盡可能避開電力電纜；盡量增大與電力電纜的距離，并盡量減少其平行長度。

④ 二次設備配線時，應注意避免各回路的相互感應印刷電路板上的布線要注意避免互感。

第二篇：電磁兼容論文

本學期，我選修了電磁兼容這門課程。通過電磁兼容課程的學習，老師教會了我許多，一方面是有關電磁兼容方面的知識，另一方面是有關生活和人生方面的體會和感悟。由于與電機系統的電磁兼容有關的問題大都涉及一些高年級的知識，作為大二的我還沒有學習，所以對于電機系統的電磁兼容問題沒有過于深刻的理解和探究。我想通過以下幾個方面來闡述我所理解的電磁兼容問題。

一．電磁兼容的概念

在國際電工委員會標準IEC對電磁兼容的定義為：系統或設備在所處的電磁環境中能正常工作，同時不會對其他系統和設備造成干擾。

EMC包括EMI（電磁干擾）及EMS（電磁耐受性）兩部分，所謂EMI電磁干擾，乃為機器本身在執行應有功能的過程中所產生不利于其它系統的電磁噪聲；而EMS乃指機器在執行應有功能的過程中不受周圍電磁環境影響的能力。

電磁兼容（electromagnetic compatibility）各種電氣或電子設備在電磁環境復雜的共同空間中，以規定的安全系數滿足設計要求的正常工作能力。也稱電磁兼容性。它的含義包括：①電子系統或設備之間在電磁環境中的相互兼顧；②電子系統或設備在自然界電磁環境中能按照設計要求正常工作。若再擴展到電磁場對生態環境的影響，則又可把電磁兼容學科內容稱作環境電磁學。

電磁兼容的研究是隨著電子技術逐步向高頻、高速、高精度、高可靠性、高靈敏度、高密度（小型化、大規模集成化），大功率、小信號運用、復雜化等方面的需要而逐步發展的。特別是在人造地球衛星、導彈、計算機、通信設備和潛艇中大量采用現代電子技術后，使電磁兼容問題更加突出。

二．系統電磁兼容技術發展現狀

電磁兼容技術是在研究電磁干擾機理和電磁干擾防護技術的過程中發展起來的。電磁干擾是人們早就發現的電磁現象, 它幾乎和電磁效應現象同時被發現, 1881年英國科學家發表“ 論無線電干擾”的文章, 標志著研究干擾問題的開始。1888年德國物理學家赫茲首創了天線, 第一次把電磁波輻射到自由空間, 同時成功地接收到電磁波,用實驗證實了電磁波的存在, 從此開始了對電磁干擾問題的實驗研究。1889年英國郵電部門研究了通信中的干擾問題, 使干擾問題的研究開始走向工程化和產業化。

按照研究對象的不同,可將電磁兼容問題自上向下劃分為如下6 個層次:環境級電磁兼容問題、系統級電磁兼容問題、分系統級電磁兼容問題、設備級電磁兼容問題、電路級電磁兼容問題和器件級電磁兼容問題等。

系統電磁兼容技術在軍事裝備領域發揮著重要作用,它不僅是武器裝備的一種性能,更是武器裝備的一種能力。系統電磁兼容問題是大型復雜系統全壽命周期中必須面對的客觀問題。如果解決不當,其不僅帶來大量研制經費的浪費,同時還將導致系統從根本上喪失使用能力。

系統電磁兼容技術主要包括:系統電磁兼容設計技術和系統電磁兼容試驗技術。設計技術包括:電磁兼容仿真、分析、預測、評估、優化、設計規范、設計方法、工程控制等技術和過程;試驗技術包括:試驗規范制定、標準制定、項目選擇、實施方法、場地建設、誤差處理等技術和過程。

三．電磁干擾的危害

強的電磁場會對人們的健康帶來一定的危害。多年來各國學者對此進行了長期、深入、艱苦的研究工作。研究的結論是，無論工頻還是射頻電磁場，當超過一定強度時，對人體健康都是有害的。關鍵是危害的性質、程度與后果對電磁場強之間的關系。

相對較弱的電磁干擾對設備或系統造成的惡性電磁干擾事故是觸目驚心的。可舉出20 世紀70 年代的兩個例子：美國一煉鋼廠曾經因為控制天車的電路被干擾而造成整個鋼水包的鋼水完全傾倒在車間地面上的事故；一個配載假肢的騎摩托車人，當行車至高壓電力線下時，由于假肢的控制電路受到干擾而造成車毀人亡的事故。

圖 1 示出了殘疾人用的電動輪椅在未采取抗干擾措施之前暴露于20V/m 電場強度下，其工作出現的反常現象。測試時輪椅工作在常用狀態（30r/min）。由圖可見，當加以不同頻率的電磁輻射時，其工作失控，轉速在 0～100r/min 之間變化，干擾頻率從100MHz～700MHz。我們知道，這些頻率被電視廣播、調頻廣播以及移動通信所占用。

還有許多情況，電磁干擾造成的事故也可能是惡性的。例如：電磁輻射可能干擾電爆裝置，使其誤引爆。美國土星火箭上大約使用了150個電爆裝置；一架飛機使用的電爆裝置也在百個以上；航天飛機上大約有500個電爆裝置。可見這一問題的嚴重性。

我們都知道，在民用飛機座艙內不允許使用移動通信手機或游戲機之類的數字型電器。這是由于這些設備產生的電磁騷擾不僅可以通過機內電纜耦合到機的敏感設備上，更嚴重的是，電磁輻射騷擾可能通過機艙窗戶向機外輻射。而在機身上存在有大量的天線與傳感器，可能直接接收電磁騷擾輻射。

四．生活中的電磁兼容

電磁兼容是指器件在工作的過程中即不干擾其它電器，同時也不被其它電器所干擾。有電磁兼容問題意味著有電磁之間的相互干擾問題。機電一體化的大時代背景下，每一個電器元件的核心都是電路板，也就是PCB板。電路板的板間是存在干擾的。在設計板子的過程中應該考慮到這個問題，一般板子不能太大，其頻率也不能太高，頻率如果過高就不能將電氣元件當成理想的集總電氣元件使用，要考慮它在高頻條件下的性質。比如是電腦一般都是有兩個頻率的。這些都是與電磁干擾相關聯的考慮。

另一個與生活息息相關的東西就是手機。手機實際上是“蜂窩”電話。接收手機信號的是分布在各處的手機機站，手機發出的信號會通過附近的機站被發送出去。當我們在長途行駛的車上打電話時，偶爾會出現掉線的情況。這實際是我們在車輛行駛的過程中離一個正在通信著的機站越來越遠，而距離另外一個機站越來越近，這時我們的手機就會選擇切換機站。如果我們手機從一個機站脫離，而另一個機站滿負荷而無法接入，就會出現掉線的情況。在我們的生活中，我們還會遇到許多相類似的問題。我們通常都習以為常。但其實只要我們仔細的思考，我們就會發現電磁干擾和電磁兼容在我們的生活中處處存在。

五．解決電磁兼容的實施辦法

電磁兼容的實施性方法包含了組織措施與技術措施兩個方面。

技術上有合適的接地，合理的布線，屏蔽。濾波，電氣隔離，限幅，續流，計算機軟硬件措施等。組織上有具有一定電磁兼容能力的元器件，標準、規范，頻譜管理，空間分離，時間分隔等。

接地

接地是電子設備的一個很重要問題。接地目的有三個：

（1）接地使整個電路系統中的所有單元電路都有一個公共的參考零電位，保證電路系統能穩定地干作。

（2）防止外界電磁場的干擾。機殼接地可以使得由于靜電感應而積累在機殼上的大量電荷通過大地泄放，否則這些電荷形成的高壓可能引起設備內部的火花放電而造成干擾。另外，對于電路的屏蔽體，若選擇合適的接地，也可獲得良好的屏蔽效果。

（3）保證安全工作。當發生直接雷電的電磁感應時，可避免電子設備的毀壞；當工頻交流電源的輸入電壓因絕緣不良或其它原因直接與機殼相通時，可避免操作人員的觸電事故發生。此外，很多醫療設備都與病人的人體直接相連，當機殼帶有110V或220V電壓時，將發生致命危險。

因此，接地是抑制噪聲防止干擾的主要方法。接地可以理解為一個等電位點或等電位面，是電路或系統的基準電位，但不一定為大地電位。為了防止雷擊可能造成的損壞和工作人員的人身安全，電子設備的機殼和機房的金屬構件等，必須與大地相連接，而且接地電阻一般要很小，不能超過規定值。

電路的接地方式基本上有三類，即單點接地、多點接地和混合接地。單點接地是指在一個線路中，只有一個物理點被定義為接地參考點。其它各個需要接地的點都直接接到這一點上。多點接地是指某一個系統中各個接地點都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引線的長度最短。接地平面，可以是設備的底板，也可以是貫通整個系統的地導線，在比較大的系統中，還可以是設備的結構框架等等。混合接地是將那些只需高頻接地點，利用旁路電容和接地平面連接起來。但應盡量防止出現旁路電容和引線電感構成的諧振現象。

屏蔽

屏蔽就是對兩個空間區域之間進行金屬的隔離，以控制電場、磁場和電磁波由一個區域對另一個區域的感應和輻射。具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個系統的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場向外擴散；用屏蔽體將接收電路、設備或系統包圍起來，防止它們受到外界電磁場的影響。

因為屏蔽體對來自導線、電纜、元部件、電路或系統等外部的干擾電磁波和內部電磁波均起著吸收能量（渦流損耗）、反射能量（電磁波在屏蔽體上的界面反射）和抵消能量（電磁感應在屏蔽層上產生反向電磁場，可抵消部分干擾電磁波）的作用，所以屏蔽體具有減弱干擾的功能。

屏蔽體材料選擇的原則是：

（1）當干擾電磁場的頻率較高時，利用低電阻率的金屬材料中產生的渦流，形成對外來電磁波的抵消作用，從而達到屏蔽的效果。

（2）當干擾電磁波的頻率較低時，要采用高導磁率的材料，從而使磁力線限制在屏蔽體內部，防止擴散到屏蔽的空間去。

（3）在某些場合下，如果要求對高頻和低頻電磁場都具有良好的屏蔽效果時，往往采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體。

濾波

濾波是抑制和防止干擾的一項重要措施。濾波器可以顯著地減小傳導干擾的電平，因為干擾頻譜成份不網于有用信號的頻率，濾波器對于這些與有用信號頻率不同的成份有良好的抑制能力，從而起到其它干擾抑制難以起到的作用。所以，采用濾波網絡無論是抑制干擾源和消除干擾耦合，或是增強接收設備的抗干擾能力，都是有力措施。用阻容和感容去耦網絡能把電路與電源隔離開，消除電路之間的耦合，并避免干擾信號進入電路。對高頻電路可采用兩個電容器和一個電感器（高頻扼流圈）組成的CLCMπ型濾波器。濾波器的種類很多，選擇適當的濾波器能消除不希望的耦合。

正確選用無源元件

實用的無源元件并不是“理想”的，其特性與理想的特性是有差異的。實用的元件本身可能就是一個干擾源，因此正確選用無源元件非常重要。有時也可以利用元件具有的特性進行抑制和防止干擾。

電路技術

有時候采用屏蔽后仍不能滿足抑制和防止干擾的要求，可以結合屏蔽，采取平衡措施等電路技術。平衡電路是指雙線電路中的兩根導線與連接到這兩根導線的所有電路，對地或對其它導線都具有相同的阻抗。其目的在于使兩根導線所檢拾到的干擾信號相等。這時的干擾噪聲是一個共態信號，可在負載上自行消失。另外，還可采用其它一些電路技術，例如接點網絡，整形電路，積分電路和選通電路等等。總之，采用電路技術也是抑制和防止干擾的重要措施。

六．結語

從電磁兼容領域來看，無論從理論研究、實驗室水平、標準化工作等方面與工業發達國家相比，我國當前還處在一個較低的水平。但是無論從國家安全還是保護人身安全與健康，保護環境來看，電磁兼容都起著相當重要的作用；而且它又是一個創新力度較強的學科，所以還需要我們這一代人的努力學習與創造，發展我國乃至世界的電磁兼容水平。

第三篇：電磁兼容原理論文

電磁兼容原理、技術及應用

設計論文

電磁兼容性屏蔽

系

別

濱江電子信息工程系

專業名稱

電子信息

班級名稱

電子信息<三>班

學生姓名 陳貴龍學號 20082305924 指導教師

吳大中 職稱 高級教師

論文設計時間

2010年12月20日－2010年12月26日 摘要 本文簡單介紹了廣義的電磁屏蔽設計基本思路和實現方法 關鍵詞 電磁兼容性 電磁屏蔽設計 電磁屏蔽材料和屏蔽方法 一.引言

電子設備工作時，會受到各種電磁干擾(Electro-magnetic Interference)，包括自身的干擾和來自其它設備的干擾，同時也會對其它設備產生電磁干擾。電磁干擾若超過了設備的允許值，就會影響設備的正常工作。電磁屏蔽有2個目的，一方面能防止干擾源對設備或系統內部產生有害影響，另一方面也可以防止設備或系統內有害的電磁輻射向外傳播。為了滿足這些設備對電磁干擾屏蔽的需要，在過去的幾年中人們開發了大批新的改良的產品。根據屏蔽的工作原理可將屏蔽分為以下3大類：電場屏蔽、磁場屏蔽及電磁場屏蔽。當干擾源產生的干擾是以電壓形式出現時，干擾源與電子設備之間就存在容性電場耦合，可將其視為分布電容間的耦合。為消除或抑制這種干擾，要進行電場屏蔽。其設計應遵從的原則是：(1)屏蔽體要盡量靠近受保護物，而且屏蔽體的接地必須良好；(2)屏蔽效果的好壞與屏蔽體的形狀有著最直接的關系。屏蔽體如果能夠做成全封閉的金屬盒最好，但在工程實踐中還需要根據實際情況而定；(3)屏蔽體的材料要以良導體為好，對厚度沒有嚴格的要求，只要有足夠的強度即可。(1)磁場屏蔽

當干擾源以電流的形式出現時，此電流所產生的磁場通過互感耦合對鄰近信號形成干擾。此時，為了抑制干擾，要施行磁場屏蔽。磁 場屏蔽機理主要是依靠高導磁材料所具有的低磁阻，對磁通起著分路的作用，從而使得屏蔽體內部的磁場大為減弱。

總之，對于磁場屏蔽來講：(1)當電磁場干擾源的頻率較高時，利用高電導率、低電阻率的金屬材料中產生的渦流反向磁場，形成對外來電磁波的抵消作用，從而達到屏蔽的效果。(2)當電磁場干擾源的頻率較低時，要采用高磁導率的材料，構成低磁阻通路，從而使磁力線限制在屏蔽體內部，防止擴散到屏蔽的空間去，使大部分磁場被集中在屏蔽體內。(3)在某些場合下，如果要求對高頻和低頻電磁場都具有良好的屏蔽效果時，往往采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體。

(2)電磁場屏蔽

單純的電場或磁場干擾源是很少見的，通常所說的電磁干擾是指電場和磁場同時存在的高頻電磁場干擾。電磁場屏蔽用于抑制干擾源和敏感設備距離較遠時通過電磁場耦合產生的干擾，它必須同時屏蔽電場和磁場，通常采用電阻率小的良導體材料，空間干擾電磁波在入射到金屬體表面時會產生反射和吸收，電磁能量被衰減，從而起到屏蔽作用。

靜電屏蔽與靜磁屏蔽很容易采取良導體材料實現，但在交變電磁場中，電場和磁場總是同時存在于同一空間的，因此必須同時考慮電場和磁場的屏蔽。然而，由于頻率的不同，交變電磁場的干擾效應區也不同，實際中應區別對待。二.材料的選擇

對于屏蔽體來說，所選擇的材料的類型對其性能和成本影響極大。在設計屏蔽體時有一點是重要的，就是要深入了解普通使用的不同屏蔽合金的特性。對這些不同性能的理解就可使你選擇合適的材料，去滿足目標要求。

磁屏蔽目的：通常是保護電子線路免于受到諸如永磁體、變壓器、電機、線圈、電纜等產生磁場的干擾，當然屏蔽強的磁干擾源使它免于干擾附近的元器件功能也是一個重要的應用目的。磁屏蔽材料參數及材料劃分：磁屏蔽體由磁性材料制成，衡量材料導磁能力的參數是磁導率，通常以數字來表示相對大小。真空磁導率為1，屏蔽材料的磁導率從200到350000；磁屏蔽材料的另一個重要參數是飽和磁化強度。磁屏蔽材料一般分為三類，即高導磁材料、中導磁材料和高飽和材料

高飽和磁導率材料的磁導率在80000-350000之間，經熱處理后其飽和場可達7500Gs；中磁導率材料通常和200-50000，飽和場可達18000-21000Gs。為提高導電材料的磁場屏蔽效果，應采取如下措施：（1）使用良單體；（2）注意屏蔽體的結構設計，避免因開孔、縫隙等而影響渦流的流通回路，應減小孔縫的最大尺寸，從而提高屏蔽效果；（3）使屏蔽體有一定的厚度，一般要大于10倍的透入深度。在需要于極小空間內降低磁場時，典型上使用這些合金。在需要提供比要求更高屏蔽時，或是磁場強度較高場強時需要具有更高飽和值材料時，這些材料常被選中。在屏蔽目標僅需要稍微減少場強時，或是當場強足以使高磁導率屏蔽體飽和時，超低碳鋼(ULCS)可能是最佳的選擇。這些較低成本材料的碳含量典型小于0.01%；與其它鋼相比，其有較高的磁導率和極優的飽和性能。這些材料具有較小的柔韌性，并比硅鋼較容易制造，這就允許在大面積屏蔽項目中容易安裝和以同樣的方式加工出小型組件。ULCS可與高磁導率材料一起使用，以為需要高飽和保護和高衰減等級建立最佳的屏蔽體。

對于低溫用的屏蔽體，Cryoperm10為一種最佳選擇。與Mumetal一樣，C ryoperm10也是一種高磁導率鎳鐵合金，它是經特殊加工而成的，以提供在降低溫度時磁導率增加。標準的屏蔽合金（比如Mumetal）在低溫時就失去了其大部分磁導率。但是Cryoperm10可在77.3到4.2°K時的磁導率卻增加10倍。

由于材料的成本占屏蔽體價格的一半，所以使用較薄的尺寸能滿足所要求的屏蔽特性和結構性能是最好了。厚度為0.002到0.010英寸的箔材是最低成本的選擇。這些箔材能以同等的化學組分和性能特性獲得，并可作為標準的以鎳為基礎的和ULCS材料。

設計低成本屏蔽體的最重要的一步，就是對這些典型屏蔽材料特性及其對屏蔽性能影響的了解。一旦合適的材料被選中，其重點要集中于基本的設計考慮，以使其不但性能最佳，而且對成本的影響最小。三．設計考慮因素

屏蔽體的尺寸在屏蔽效率和成本方面的重要性極大。屏蔽體的有效半徑越小，其整體性能就越好。但是，設計屏蔽體的目的是使其包絡試圖屏蔽的組件和空間，并應該靠得很近。由于材料占屏蔽體設計的大部分成本，因此較小屏蔽體就可以在較低成本下獲得較優的性能。

每當有可能，屏蔽體應與所有壁靠近，以避免場泄漏。這種結構（即使是矩形）也是最接近于圓形的，它可以建立一個半閉合的磁路。另外，全部箱體可在所有軸上獲得屏蔽特性，這樣就可以保證最好的屏蔽性能。當特殊的性能和進出口需要時，可移動的蓋板、罩和門均可組合到屏蔽體設計中去。

利用蓋板、罩和門時或使用兩塊或多塊板構建屏蔽體時，在多塊板間保持磁連續性和電接觸是很重要的。可通過機械式（利用磨擦組件）或焊接保持磁連續性。在拐角或過渡連接，使用焊接可獲得最佳性能。維持表面間的連續性就可以保證磁力線連續沿其低磁阻路徑前進，這樣可以提高屏蔽效能。在交流場，保持磁連續性就允許較高的感應電流屏蔽，在直流場，對于適當的磁力線分路，連續性也是重要的。

新型屏蔽結構和常用材料 由鋁、鋼、銅組合的屏蔽體，對電磁波有很大的反射損耗，所以只適用電屏蔽。電屏蔽體一般對各種頻率都具有良好的電屏蔽作用。鐵和高導磁率的合金體則對磁場波有很大的吸收損耗，所以用它們做成的屏蔽體，適合用在磁屏蔽環境。如果 條件允許可用不銹鋼制造具有很高可靠性的電磁屏蔽機殼。當設備處于機械應力下時，防傾斜拐角有助于機殼保持機械性能的完整性和屏蔽效能。安裝在凹槽上的板子，它的連續導電性和屏蔽效能由鈹銅合金的彈性屏蔽墊圈來保證。在通信、計算機、自動化、醫療等商用電子設備上選擇最有效的電磁屏蔽襯墊時，通常可以考慮以下三種襯墊類型：導電橡膠、導電布、鈹銅指簧。依據設備的不同需要，這幾種類型的襯墊可提供不同程度的電磁屏蔽，適合不同的形狀和環境密封的要求。現在流行新型的屏蔽材料還有導電塑料、活化導電鍍膜塑料、發泡鋁、發泡鎳、超微晶納米晶合金、鎳基/鈷基非晶態合金、坡莫合金箔帶等等。

多重屏蔽 多重屏蔽的原則是：各屏蔽層之間不能連接在一起，其間應該隔開空氣或者填充其他介質。否則就失去多層屏蔽的作用；各層屏蔽體的材質也不應該相同。除了要考慮磁導率外，還要考慮飽和電平。有的時候由于需要不得不對系統/分系統進行雙重甚至更多層的電磁屏蔽。有些系統設備內部電磁環境非常惡劣，使得對外殼屏蔽效能的要求也就很高。所以，在設備的內部的局部，如：PCB、電源的輸入輸出濾波、屏蔽部分輻射嚴重的元器件、適當地采用隔離電路、縮短引線、用接地平面代替接地回路的引線、使用符合EMC相公標準要求的器件等等。一般設備中最大的干擾源是振蕩電路，這種電路應該用輔助分屏蔽體封閉后再裝入系統主屏蔽體中。這些分屏蔽體和主屏蔽箱內、外屏蔽體/其他分屏蔽體之間除了一點必要的連接外（須經過濾波器來控制出入口），其他必須隔絕 在設計過程早期就應考慮這些問題，可使這些主要設計參數對屏蔽體的成本影響較小。但是，這些因素要比材料本身對屏蔽體性能的影響要大。這樣，在設計屏蔽體時，最先保證這些基本參數通常是需要的。

四.磁屏蔽的解決方案

磁屏蔽的定義：為減少齒部和壓板(壓圈)上漏磁通集中現象，以降低齒壓板和邊端鐵心的溫度，在鐵心外側和鐵心壓板之間設有的階梯形的錐形疊片鐵心。用來吸收漏磁通的磁分路。

屏蔽就是對兩個空間區域之間進行金屬的隔離，以控制電場、磁場和電磁波由一個區域對另一個區域的感應和輻射。具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個系統的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場向外擴散；用屏蔽體將接收電路、設備或系統包圍起來，防止它們受到外界電磁場的影響。因為屏蔽體對來自導線、電纜、元部件、電路或系統等外部的干擾電磁波和內部電磁波均起著吸收能量（渦流損耗）、反射能量（電磁波在屏蔽體上的界面反射）和抵消能量（電磁感應在屏蔽層上產生反向電磁場，可抵消部分干擾電磁波）的作用，所以屏蔽體具有減弱干擾的功能。五.屏蔽的目的、原理

屏蔽的目的：(1)限制內部產生的輻射超出某一區域；（2）防止外來的輻射進入某一區域。

屏蔽按其機理可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽3種。按其屏蔽體結構可分為完整屏蔽、不完整屏蔽及編織帶屏蔽。1.電場屏蔽

電場屏蔽的目的是消除或抑制靜電或交變電場與被干擾電路的電耦合。電場屏蔽有分靜電場屏蔽和交變電場屏蔽。①靜電場屏蔽

導體置于靜電場中并達到靜電平衡后，該導體是一個等位體，內部電場為零，導體內部沒有靜電荷，電荷只能分布在導體表面。若該導體內部有空腔，空腔中也沒有電場，因此，空腔導體起到了隔絕外部靜電場的作用。若將帶電體置于空腔內部，會在空腔導體表面感應出等量電荷，如果把空腔導體接地，則不會在導體外部產生電場，可以起到隔絕內部電荷的作用。

實現靜電場屏蔽，需要滿足兩個條件：（1）有完整的屏蔽體（2）屏蔽體良好接地 ②交變電場屏蔽

在交變電場情況下，導體間的電場感應是通過耦合電容起作用，為了減少這種影響，就要減少耦合電容，其中的一個方法就是對被干擾電路采取屏蔽措施。2.磁場屏蔽 磁場屏蔽的目的是消除或抑制恒定磁場或交變磁場與被干擾回路的磁偶合。通常，可以利用導磁材料和導電材料兩種方法進行屏蔽。磁場屏蔽通常是指對直流或低頻磁場的屏蔽，其效果比電場屏蔽和電磁場屏蔽要差的多。

（1）利用高導磁材料進行磁場屏蔽

（2）利用導電材料產生反向的抵消磁場來實現磁場屏蔽 3.電磁場屏蔽

電磁場屏蔽是利用屏蔽體阻止電磁波在空間傳播。電磁波在穿越屏蔽體時，會產生反射和吸收，導致磁場能量衰減。

電磁場屏蔽措施：（1）使用良導體（2）使屏蔽體有一定的厚度，以抑制電磁場，一般厚度要大于10倍的透入深度；（3）避免因開孔、縫隙等引起的屏蔽效果下降，孔縫的最大尺寸一般應小于最高頻率電磁波波長的1/20。

六．屏蔽體設計原則與注意事項

屏蔽體的實際應用很廣，包括專門的屏蔽室、設備的外殼或機箱、設備內部敏感單元的屏蔽盒及各種屏蔽線纜等。不同設備各自特點及不同工作環境，對屏蔽的要求不同，屏蔽體的設計也各有特點，但其基本的設計原則和處理方法是一致的。

一、屏蔽體設計原則

良好的屏蔽體設計應當根據屏蔽性能要求及實際情況選取最經濟、有效的設計方案。為此，應當考慮以下原則： 1.明確電磁騷擾源及敏感單元 2.大致確定屏蔽體的屏蔽效能 3.確定屏蔽方式 4.進行屏蔽完整性設計

二、穿透和開口注意事項

1.要注意由于電纜穿過機殼使整體屏蔽效能降低的程度。典型的未濾波的導線穿過屏蔽體時，屏蔽效能降低30dB以上。

2.電源線進入機殼時，全部應通過濾波器盒。濾波器的輸入端最好能穿出到屏蔽機殼外；若濾波器結構不宜穿出機殼，則應在電源線進入機殼出專為濾波器設置一隔艙。

3.信號線、控制線進入/穿出機殼時，要通過適當的濾波器。具有濾波插針的多芯連接器適于這種場合使用。

4.穿過屏蔽體的金屬控制軸，應該用金屬觸片、接地螺母或射頻襯墊接地。也可不用接地的金屬軸，而用其它軸貫通波導截止頻率比工作頻率高的園管來做控制軸。

5.必須注意在截止波導孔內貫通金屬軸或導線時會嚴重降低屏蔽效能。

6.當要求使用對地絕緣的金屬控制軸時，可用短的隱性控制軸，不調節時，用螺帽或金屬襯墊彈性安裝帽蓋住。7.為保險絲、插孔等加金屬帽。

8.用導電襯墊和墊圈、螺母等實現鈕子開關防泄漏安裝。9.在屏蔽、通風和強度要求高而質量不苛刻時，用蜂窩板屏蔽通風口，最好用焊接方式保持線連接，防止泄漏。

10.盡可能在指示器、顯示器后面加屏蔽，并對所有引線用穿心電容濾波。

11.在不能從后面屏蔽指示器/顯示器和對引線濾波時，要用與機殼連續連接的金屬網或導電玻璃屏蔽指示器/顯示器的前面。對夾金屬絲的屏蔽玻璃，在保持合理透光度條件下，對30～1000m的屏蔽效能可達50～110dB。在透明塑料或玻璃上鍍透明導電膜，其屏蔽效果一般不大于20dB。但后者可消除觀察窗上的靜電積累，在儀器上常用。

七．總結

屏蔽是降低設備電磁輻射干擾方法的主要一種，在屏蔽的同時也應該注意濾波和接地的重要性。如使用平衡變壓器、接地、隔離變壓器、鐵氧體磁環、光電耦合器、減小公共地的阻抗、減小互聯電纜的環路面積、對電纜進行分組、將帶寬減小到必要的程度、減小輸入阻抗、減小電路的環路面積、將敏感器件屏蔽起來、使用瞬間干擾抑制器件、改變工作頻率、PCB電磁兼容布線等設計合理，就會對屏蔽效能要求甚少，有時候不屏蔽就可以滿足性能要求。

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。