第一篇：電磁兼容技術(shù)及應(yīng)用

電磁兼容技術(shù)及應(yīng)用

摘 要：本文簡(jiǎn)要介紹電磁兼容相關(guān)的各項(xiàng)技術(shù)，通過(guò)對(duì)接地、屏蔽、濾波等技術(shù)的分析，說(shuō)明產(chǎn)品如何實(shí)現(xiàn)良好的電磁兼容性，如何將電磁兼容技術(shù)融入產(chǎn)品研發(fā)流程。對(duì)實(shí)例分析，結(jié)合電磁兼容理論，說(shuō)明實(shí)際測(cè)試中的處理

摘 要：本文簡(jiǎn)要介紹電磁兼容相關(guān)的各項(xiàng)技術(shù)，通過(guò)對(duì)接地、屏蔽、濾波等技術(shù)的分析，說(shuō)明產(chǎn)品如何實(shí)現(xiàn)良好的電磁兼容性，如何將電磁兼容技術(shù)融入產(chǎn)品研發(fā)流程。對(duì)實(shí)例分析，結(jié)合電磁兼容理論，說(shuō)明實(shí)際測(cè)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(yàn)證，提高產(chǎn)品可靠性。

關(guān)鍵詞：電磁兼容 接地 屏蔽 濾波

目前，電磁兼容技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為專(zhuān)門(mén)的針對(duì)電子產(chǎn)品抗電磁干擾和電磁輻射的技術(shù)，成為考察電子產(chǎn)品的安全可靠性的一個(gè)重要指標(biāo)，覆蓋所有電子產(chǎn)品。

各個(gè)電子設(shè)備在同一空間工作時(shí)，會(huì)在其周?chē)a(chǎn)生一定強(qiáng)度的電磁場(chǎng)，這些電磁場(chǎng)通過(guò)一定的途徑（輻射、傳導(dǎo)）耦合給其他的電子設(shè)備，影響其他設(shè)備的正常工作，可能使通訊出錯(cuò)或者系統(tǒng)死機(jī)等，設(shè)備間相互干擾相互影響，這種影響不僅僅存在設(shè)備間，同時(shí)也存在元件與元件之間，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間。甚至存在與集成芯片內(nèi)部。

電磁兼容技術(shù)主要包括接地、濾波、屏蔽技術(shù)等，在特定場(chǎng)合需要注意的是不一樣的，A、在結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)方面，需要注意信號(hào)布局布線、濾波等。

一、電磁兼容技術(shù)

首先從構(gòu)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(chǎn)生電磁干擾的設(shè)備，通過(guò)電纜、空間輻射等耦合路徑影響干擾敏感源設(shè)備。高頻電壓/電流是產(chǎn)生干擾的根源，電磁能量在設(shè)備之間傳播有兩種方式：傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射，傳導(dǎo)發(fā)射是

以導(dǎo)線為媒體，以電流為現(xiàn)象，輻射發(fā)射是以空間輻射為媒體，以電磁波為現(xiàn)象。常見(jiàn)干擾源有雷電、無(wú)線通訊、脈沖電路、靜電、感性負(fù)載通斷、天線、電纜導(dǎo)線等。任何電路都可能成為敏感源，數(shù)字電路抗干擾性較好，但是風(fēng)險(xiǎn)大，大的脈沖尖峰可能是數(shù)字電路誤動(dòng)作，音頻模擬電路對(duì)射頻信號(hào)敏感。★耦合路徑分為空間耦合和傳導(dǎo)性耦合，空間耦合包括互感耦合、電容耦合、天線輻射，傳導(dǎo)性耦合包括地線和電源線上的傳導(dǎo)。

電磁兼容設(shè)計(jì)主要包括接地設(shè)計(jì)、屏蔽設(shè)計(jì)、濾波設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。地線分為安全地、交流地、直流地、數(shù)字地、模擬地、機(jī)殼地、防雷地等，※地線從電壓概念說(shuō)是提供一個(gè)等電位體，從電流概念上說(shuō)是提供一個(gè)電流通路。地線阻抗決定了線路的抗干擾性，其中導(dǎo)線阻抗決定了地線的電位差，回路阻抗決定了實(shí)際的地線電流，地環(huán)路的存在是電路受干擾的主要原因，減小地環(huán)路的面積，降低對(duì)線路的影響，使用屏蔽線或同軸電纜都可能減小信號(hào)回路的面積，從而達(dá)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(shí)線路的阻抗是不一樣的，可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)信號(hào)路徑。多層板比雙層板的抗干擾性要好，因?yàn)槎鄬影逵袑?zhuān)門(mén)的地層和電源層，保證每個(gè)信號(hào)回路都具有最小的信號(hào)回路面積，如果是雙層板，最好鋪地線網(wǎng)格，來(lái)保證最小的回路面積。

單端接地是為了降低電場(chǎng)對(duì)設(shè)備的影響，兩端接地是降低磁場(chǎng)對(duì)設(shè)備的影響，兩端接地形成磁場(chǎng)環(huán)路，外界磁場(chǎng)在原來(lái)信號(hào)與地線構(gòu)成的回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流的同時(shí)，也在屏蔽層與地線構(gòu)成的回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流Is，Is也會(huì)感應(yīng)出磁場(chǎng)，但是這個(gè)磁場(chǎng)與原來(lái)的磁場(chǎng)磁場(chǎng)方向相反，相互抵消，導(dǎo)致總磁場(chǎng)減小，減小了干擾。

屏蔽技術(shù)，主要是應(yīng)用在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上的，也有對(duì)線路關(guān)鍵電路進(jìn)行屏蔽的，如時(shí)鐘電路、CPU等。考察系統(tǒng)的屏蔽效能可以利用靜電測(cè)試，如果系統(tǒng)屏蔽做的好，靜電會(huì)沿著屏蔽體進(jìn)行泄放，不會(huì)對(duì)內(nèi)部線路造成影響。良好的電磁屏蔽的關(guān)鍵因素是屏蔽體的導(dǎo)線連續(xù)性，如果必須開(kāi)孔引導(dǎo)線，采用屏蔽電纜，屏蔽層一定要采用360度環(huán)接方式進(jìn)行接地，保證屏蔽的完整性。根據(jù)不同屏蔽層傳輸阻抗的頻率特性和信號(hào)工作頻率，來(lái)選擇屏蔽電纜。

濾波包括電源線濾波與信號(hào)濾波。電纜是一個(gè)很好的天線，有時(shí)候即使屏蔽做的很好，仍然不能通過(guò)輻射發(fā)射和輻射敏感度的試驗(yàn)，這是因?yàn)殡娎|產(chǎn)生的輻射遠(yuǎn)高于線路板本身及機(jī)箱屏蔽不完整發(fā)生泄漏所產(chǎn)生的輻射。解決這種問(wèn)題的一個(gè)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(jù)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(gè)系統(tǒng)使用了二階LC低通濾波器，做輻射試驗(yàn)還是過(guò)不去，將前級(jí)電容去掉，輻射發(fā)射就不超標(biāo)了，說(shuō)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(jí)數(shù)增加了曲線的陡度，提高了在工作頻率內(nèi)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(shí)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(qiáng)了濾波效果。薄膜電容的電阻成分大，應(yīng)采用陶瓷電容來(lái)進(jìn)行濾波，陶瓷電容的阻抗特性好。

電磁兼容技術(shù)應(yīng)貫穿產(chǎn)品研發(fā)始終，包括產(chǎn)品的概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、原理圖印制板設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、組裝調(diào)試等每個(gè)環(huán)節(jié)，都應(yīng)該考慮電磁兼容設(shè)計(jì)，概要設(shè)計(jì)中需要調(diào)研產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境，分析現(xiàn)場(chǎng)干擾類(lèi)型，評(píng)估干擾風(fēng)險(xiǎn)，詳細(xì)設(shè)計(jì)中需要針對(duì)具體的干擾，采取相應(yīng)的對(duì)策，需要全面設(shè)計(jì)。原理圖印制板圖設(shè)計(jì)需要將各項(xiàng)措施體現(xiàn)在原理圖中，必要時(shí)進(jìn)行仿真，印制板圖設(shè)計(jì)時(shí)需要按照模塊化設(shè)計(jì)，注意布局布線，敏感電路的電磁兼容防護(hù)。結(jié)構(gòu)也是電磁兼容設(shè)計(jì)中主要的一部分，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)對(duì)靜電、群脈沖、輻射等有很大的關(guān)系，結(jié)構(gòu)要求具有良好的屏蔽性和接地。裝配調(diào)試環(huán)節(jié)需要注意信號(hào)完整性，保證接地的連續(xù)性，注意面板接觸問(wèn)題，在測(cè)試環(huán)節(jié)根據(jù)遇到的實(shí)際情況，采取相應(yīng)的措施。

二、電磁兼容實(shí)例應(yīng)用分析

學(xué)習(xí)電磁兼容技術(shù)的整體目標(biāo)是系統(tǒng)地學(xué)習(xí)電磁兼容方面的知識(shí)，通過(guò)學(xué)習(xí)電磁兼容設(shè)計(jì)理論，使這些方法、規(guī)則、措施等融入實(shí)際工作中，來(lái)保證產(chǎn)品盡可能可靠。

1、接地問(wèn)題

實(shí)例一：某系統(tǒng)設(shè)備在做422通訊串口的射頻場(chǎng)感應(yīng)傳導(dǎo)測(cè)試，采用雙絞屏蔽線，開(kāi)始采用的是單端接地，測(cè)試時(shí)出現(xiàn)的誤碼率高，幾乎沒(méi)有正確的數(shù)據(jù)，后來(lái)采用雙端可靠接地，通訊正常。

實(shí)例二：某系統(tǒng)設(shè)備在做視頻鼠標(biāo)線的射頻場(chǎng)感應(yīng)傳導(dǎo)的試驗(yàn)時(shí)，在較低頻段（3M以下）時(shí)顯示器有波紋，上下閃動(dòng)，后來(lái)將視頻線的顯示器側(cè)可靠接地，干擾明顯降低，幾乎不影響顯示。

分析：這兩種現(xiàn)象都是在做射頻場(chǎng)的感應(yīng)傳導(dǎo)試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)的，射頻場(chǎng)的感應(yīng)傳導(dǎo)抗擾度試驗(yàn)實(shí)質(zhì)是：設(shè)備引線變成被動(dòng)天線，接受射頻場(chǎng)的感應(yīng)，變成傳導(dǎo)干擾入侵設(shè)備內(nèi)部，最終以射頻電壓電流形成的近場(chǎng)電磁場(chǎng)影響設(shè)備工作，以低頻磁場(chǎng)為主。

雙絞線能夠有效地抑制磁場(chǎng)干擾，這不僅是因?yàn)殡p絞線的兩根線之間具有很小的回路面積，而且因?yàn)殡p絞線的每?jī)蓚€(gè)相鄰的回路上感應(yīng)出的電流具有相反的方向，因此相互抵銷(xiāo)。雙絞線的絞節(jié)越密，則效果越明顯。

屏蔽層兩端接地時(shí)，外界磁場(chǎng)在原來(lái)信號(hào)與地線構(gòu)成的回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流的同時(shí)，也在屏蔽層與地線構(gòu)成的回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流Is，Is也會(huì)感應(yīng)出磁場(chǎng)，但是這個(gè)磁場(chǎng)與原來(lái)的磁場(chǎng)磁場(chǎng)方向相反，相互抵消，導(dǎo)致總磁場(chǎng)減小，減小了干擾。

2、屏蔽問(wèn)題

實(shí)例三：某系統(tǒng)為機(jī)柜、機(jī)箱式結(jié)構(gòu)，其中控制部分為機(jī)箱結(jié)構(gòu)，子板總線板結(jié)構(gòu)，子板均安裝面板。做靜電試驗(yàn)時(shí)，接觸放電＋5.5kv時(shí)，對(duì)主板面板及左右相鄰的面板進(jìn)行靜電試驗(yàn)時(shí)，控制板重啟或死機(jī)，后來(lái)在控制板附近的面板之間安裝指形簧片，系統(tǒng)在接觸放電±6.6kv時(shí)運(yùn)行正常。

實(shí)例四：某系統(tǒng)試驗(yàn)，用普通機(jī)柜，系統(tǒng)很敏感，對(duì)機(jī)柜引出線（通訊線）進(jìn)行群脈沖試驗(yàn)，采用耦合夾耦合方式，干擾一加上去，系統(tǒng)就不正常，在通訊線兩端增加磁環(huán)，效果不明顯，后來(lái)沒(méi)有辦法了，更換了屏蔽機(jī)柜，進(jìn)行試驗(yàn)，有明顯效果，做幾輪后，系統(tǒng)才會(huì)出現(xiàn)倒機(jī)想象，在通訊線進(jìn)機(jī)柜處增加安裝磁環(huán)后，系統(tǒng)工作正常，幾輪試驗(yàn)后，沒(méi)有出現(xiàn)倒機(jī)現(xiàn)象，系統(tǒng)工作都正常。

分析：現(xiàn)在很多系統(tǒng)都是機(jī)箱結(jié)構(gòu)，即控制板、采集板、驅(qū)動(dòng)板等都安裝在同一機(jī)箱中，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與控制。安裝完成后各電路板會(huì)有一定的縫隙，靜電脈沖通過(guò)面板縫隙，分布電容向主板耦合，使電源失真或控制發(fā)生故障系統(tǒng)重啟、死機(jī)。在面板之間安裝指形簧片，使機(jī)箱成為一個(gè)良好的屏蔽體，由于電荷的“趨膚效應(yīng)”，當(dāng)有靜電干擾時(shí)，靜電會(huì)沿著表面泄放至大地，對(duì)內(nèi)部電路的影響減小或者消失。

屏蔽機(jī)柜對(duì)機(jī)柜的縫隙和門(mén)都進(jìn)行了處理，縫隙處安裝導(dǎo)電簧片，門(mén)與機(jī)柜接觸位置安裝導(dǎo)電布襯墊，提高機(jī)柜的屏蔽效能，提高機(jī)柜整體的抗干擾性，群脈沖干擾的實(shí)質(zhì)是對(duì)線路分布電容能量的積累效應(yīng)，當(dāng)能量積累到一定程度時(shí)就可能引起線路（乃至設(shè)備）工作出錯(cuò)。通常測(cè)試設(shè)備一旦出錯(cuò)，就會(huì)連續(xù)不斷的出錯(cuò)，即使把脈沖電壓稍稍降低，出錯(cuò)情況依然不斷的現(xiàn)象加以解釋。脈沖成群出現(xiàn)，脈沖重復(fù)頻率較高，波形上升時(shí)間短暫，能量較小，一般不會(huì)造成設(shè)備故障，使設(shè)備產(chǎn)生誤動(dòng)作的情況多見(jiàn)。

3、磁環(huán)的作用

實(shí)例五：對(duì)一個(gè)機(jī)箱結(jié)構(gòu)系統(tǒng)做群脈沖實(shí)驗(yàn)，機(jī)箱內(nèi)含有控制板、采集板、驅(qū)動(dòng)板等，采集線、驅(qū)動(dòng)線出機(jī)柜，需要做信號(hào)線群脈沖實(shí)驗(yàn)，當(dāng)干擾施加在采集線上時(shí)，所有的采集板上指示燈都閃爍，對(duì)采集回路進(jìn)行分析，采集輸入有光電隔離器件，采集回線為動(dòng)態(tài)的12V輸出，當(dāng)干擾施加時(shí)，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(gè)閉合磁環(huán)，安裝在采集回線上，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在某一極性下指示燈閃爍，說(shuō)明磁環(huán)有作用，然后根據(jù)其阻抗特性，繞制2圈，實(shí)驗(yàn)效果不明顯，后來(lái)試驗(yàn)一下繞制3圈，結(jié)果，采集指示燈顯示正常，多次試驗(yàn)，系統(tǒng)均正常。

分析：磁環(huán)對(duì)群脈沖干擾有很好的抑制作用，根據(jù)實(shí)際情況安裝在通訊線的兩端或一端，磁環(huán)有不同的阻抗特性，對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行頻率分析，設(shè)計(jì)磁環(huán)的截止頻率正好落在干擾信號(hào)頻率附近，使磁環(huán)體現(xiàn)較大的阻抗性，來(lái)抑制干擾。

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

電磁兼容技術(shù)融入電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中，可以提高產(chǎn)品的安全可靠性，如果在實(shí)際測(cè)試中，某一方面存在缺陷，可以從電磁干擾的方式上入手進(jìn)行一步一步測(cè)試，電磁干擾有兩種形式：傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射，從各自的耦合路徑進(jìn)行查找。一個(gè)系統(tǒng)指標(biāo)超標(biāo)，可以先從輻射發(fā)射上解決，設(shè)備是否屏蔽良好，機(jī)殼上孔用導(dǎo)電布封住，導(dǎo)電布要與機(jī)殼良好接觸，再進(jìn)行試驗(yàn)，如果還超標(biāo)，那就是干擾主要是傳導(dǎo)發(fā)射引起的，在設(shè)備機(jī)殼出口處安裝信號(hào)濾波器和電源濾波器，進(jìn)行試驗(yàn)，如果還超標(biāo)，那就是干擾是通過(guò)電纜輻射和傳導(dǎo)發(fā)射出來(lái)，通過(guò)對(duì)屏蔽層的接地，減小地環(huán)路等措施必定能查找到原因并解決。

三、結(jié)語(yǔ)

產(chǎn)品需要逐步更新完善，才能達(dá)到一定的安全可靠，電磁兼容技術(shù)需要不斷的積累，才能保證產(chǎn)品的安全可靠，產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)合不同，遇到的電磁干擾有所不同，產(chǎn)品的性能也不同，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，分析干擾源，查找耦合路徑，明確敏感源，對(duì)干擾源采取隔離措施，切斷耦合路徑或者疏導(dǎo)干擾，對(duì)敏感源采取屏蔽、濾波等措施，保證產(chǎn)品安全可靠工作。

第二篇：電磁兼容設(shè)計(jì)及其應(yīng)用

電磁兼容設(shè)計(jì)及其應(yīng)用

摘要：以實(shí)際工程中常遇到的電磁兼容問(wèn)題為背景，簡(jiǎn)要地介紹了有關(guān)電磁干擾及有關(guān)抗干擾措施方面的內(nèi)容。通過(guò)對(duì)接地方法、屏蔽思想和濾波手段的詳細(xì)論述和獨(dú)到見(jiàn)解，提出了系統(tǒng)電磁兼容的設(shè)計(jì)思想以及解決方法，并對(duì)實(shí)際工作中常見(jiàn)的干擾、濾波及接地等電磁兼容現(xiàn)象給出相應(yīng)分析與解決建議。

關(guān)鍵詞：電磁兼容；抗干擾措施；濾波手段；屏蔽；接地方法

0 引言

電磁兼容技術(shù)是一門(mén)迅速發(fā)展的交叉學(xué)科，涉及電子、計(jì)算機(jī)、通信、航空航天、鐵路交通、電力、軍事以至人民生活各個(gè)方面。在當(dāng)今信息社會(huì)，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一個(gè)系統(tǒng)中采用的電氣及電子設(shè)備數(shù)量大大增加，而且電子設(shè)備的頻帶日益加寬，功率逐漸增大，靈敏度提高，聯(lián)接各種設(shè)備的電纜網(wǎng)絡(luò)也越來(lái)越復(fù)雜，因此，電磁兼容問(wèn)題日顯重要。基本概念和術(shù)語(yǔ) 1．1 電磁兼容性定義

所謂電磁兼容性(EMC)是指電子線路、系統(tǒng)相互不影響，在電磁方面相互兼容的狀態(tài)。IEEE C63．12-1987規(guī)定的電磁兼容性是指“一種器件、設(shè)備或系統(tǒng)的性能，它可以使其在自身環(huán)境下正常工作并且同時(shí)不會(huì)對(duì)此環(huán)境中任何其他設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈電磁干擾”。1．2 電磁干擾三要素

一個(gè)系統(tǒng)或系統(tǒng)內(nèi)某一線路受電磁干擾程度可以表示為如下關(guān)系式：

式中：G為噪聲源強(qiáng)度；C為噪聲通過(guò)某種途徑傳到受干擾處的耦合因素；I為受干擾設(shè)備的敏感程度。

G，C，I這三者構(gòu)成電磁干擾三要素。電磁干擾抑制技術(shù)就是圍繞這三要素所采取的各種措施，歸納起來(lái)就是：抑制電磁干擾源。切斷電磁干擾耦合途徑；降低電磁敏感裝置的敏感性。

1．3 地線的阻抗與地環(huán)流 1．3．1 地線的阻抗

電阻指的是在直流狀態(tài)下導(dǎo)線對(duì)電流呈現(xiàn)的阻抗，而阻抗指的是交流狀態(tài)下導(dǎo)線對(duì)電流的阻抗，這個(gè)阻抗主要是由導(dǎo)線的電感引起的。如果將10 Hz時(shí)的阻抗近似認(rèn)為是直流電阻，當(dāng)頻率達(dá)到10 MHz時(shí)，它的阻抗是直流電阻的1 000～100 000倍。因此對(duì)于射頻電流，當(dāng)電流流過(guò)地線時(shí)，電壓降是很大的。為了減小交流阻抗，一個(gè)有效的辦法是多根導(dǎo)線并聯(lián)，以減少和地線之間的電感。當(dāng)兩根導(dǎo)線并聯(lián)時(shí)，其總電感L為：

1．3．2 地環(huán)流

由于地線阻抗的存在，當(dāng)電流流過(guò)地線時(shí)，就會(huì)在地線上產(chǎn)生電壓。這種干擾是由電纜與地線構(gòu)成的環(huán)路電流產(chǎn)生的，因此成為地環(huán)路干擾，如圖1所示。

式中：L1是單根導(dǎo)線的電感；M是兩根導(dǎo)線之間的互感。

1．4 公共阻抗干擾 1．4．1 公共阻抗耦合定義

當(dāng)兩個(gè)電路共用一段地線時(shí)，由于地線的阻抗，一個(gè)電路的地電位會(huì)受另一個(gè)電路工作電流的影響。這樣一個(gè)電路中的信號(hào)會(huì)耦合到另一個(gè)電路，這種耦合稱(chēng)為公共阻抗耦合，如圖2所示。

1．4．2 消除公共阻抗耦合措施

消除公共阻抗耦合的途徑有兩個(gè)，一個(gè)是減小公共地線部分的阻抗，另一個(gè)方法是通過(guò)適當(dāng)?shù)慕拥胤绞奖苊馊菀紫嗷ジ蓴_的電路共用地線，一般要避免強(qiáng)電電路和弱電電路共用地線，數(shù)字電路和模擬電路共用地線。電磁干擾的抑制方法

電磁干擾的抑制方法很多，基本方法有三種，即接地、屏蔽和濾波。每種方法在電路與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中各有獨(dú)特作用，但在使用上又是相互關(guān)聯(lián)。如良好的接地可降低設(shè)備對(duì)屏蔽和濾波的要求，而良好的屏蔽也能降低對(duì)濾波的要求。2．1 接地

接地從表面上看是十分簡(jiǎn)單的事情，實(shí)際上是最難的技術(shù)。造成這種情況的原因是對(duì)于接地沒(méi)有一個(gè)很系統(tǒng)的理論或模型，因此接地設(shè)計(jì)在很大程度上依賴(lài)設(shè)計(jì)師的直覺(jué)，依賴(lài)他對(duì)“接地”這個(gè)概念的理解程度和經(jīng)驗(yàn)。2．1．1 接地的分類(lèi)

根據(jù)使用功能的不同，可以把接地分成如下幾種形式：

(1)安全接地：使用交流電的設(shè)備必須通過(guò)黃綠色安全地線接地，否則當(dāng)設(shè)備內(nèi)的電源與機(jī)殼之間的絕緣電阻變小時(shí)，會(huì)因?yàn)槁╇姸鴮?dǎo)致電擊傷害。

(2)雷電接地：設(shè)施的雷電保護(hù)系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，由避雷針、下導(dǎo)體和與接地系統(tǒng)相連的接頭組成。該接地系統(tǒng)通常與安全接地接在一起。雷電放電接地僅對(duì)設(shè)施而言，設(shè)備沒(méi)有這個(gè)要求。

(3)電磁兼容接地：出于電磁兼容設(shè)計(jì)而要求的接地，包括：

屏蔽接地 為了防止由電路之間的寄生電容產(chǎn)生的相互干擾，必須進(jìn)行隔離和屏蔽，用于隔離和屏蔽的金屬必須接地。

濾波器接地 濾波器中一般都包含信號(hào)線或電源線到地的旁路電容，當(dāng)濾波器不接地時(shí)，這些電容就處于懸浮狀態(tài)，起不到旁路的作用。

噪聲和干擾抑制 對(duì)內(nèi)部噪聲和外部干擾的控制，應(yīng)將設(shè)備或系統(tǒng)上的某些點(diǎn)與地相連，從而為干擾信號(hào)提供“最低阻抗”通道。

電路參考 電路之間信號(hào)要正確傳輸，必須有一個(gè)公共電位參考點(diǎn)，這個(gè)公共電位參考點(diǎn)就是地。因此所有互相連接的電路必須接地。

一般在設(shè)計(jì)要求時(shí)僅明確安全和雷電防護(hù)接地的要求，其他均隱含在用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)或設(shè)備的電磁兼容要求中。2．1．2 設(shè)備的信號(hào)接地

設(shè)備的信號(hào)接地，是以設(shè)備中某一點(diǎn)或一塊金屬薄板來(lái)作為信號(hào)的接地參考點(diǎn)，它為設(shè)備中的所有信號(hào)提供了一個(gè)公共參考電位。

實(shí)際應(yīng)用中有幾種基本的信號(hào)接地方式，即浮地、單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地。

(1)浮地

采用浮地的目的是將設(shè)備與公共接地系統(tǒng)，或可能引起環(huán)流的公共導(dǎo)線隔離開(kāi)。浮地的最大優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性能好。缺點(diǎn)是由于設(shè)備不與公共地相連，容易在兩者間造成靜電積累，當(dāng)電荷積累到一定程度后，在設(shè)備地與公共地之間的電位差可能引起劇烈的靜電放電，而成為破壞性很強(qiáng)的干擾源。一個(gè)折衷方案是在浮地與公共地之間跨接一個(gè)阻值很大的泄放電阻，用以釋放所積聚的電荷。實(shí)現(xiàn)設(shè)備的浮地可采用變壓器隔離或光電隔離。

(2)單點(diǎn)接地

單點(diǎn)接地是指在一個(gè)電路或設(shè)備中只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn)，凡需要接地的點(diǎn)都被接至這一點(diǎn)，如圖3所示。對(duì)一個(gè)系統(tǒng)，如采用單點(diǎn)接地，則系統(tǒng)中的每個(gè)設(shè)備都有自己的單點(diǎn)接地點(diǎn)，然后各設(shè)備的“地”再與系統(tǒng)中惟一指定的參考接地點(diǎn)相連。

單點(diǎn)接地的缺點(diǎn)是當(dāng)系統(tǒng)工作頻率很高時(shí)，以致信號(hào)的波長(zhǎng)可與接地線長(zhǎng)度相比擬時(shí)(如達(dá)到1／4波長(zhǎng))，接地線就不能作為一根普通連接線考慮，它會(huì)呈現(xiàn)某種電抗效應(yīng)，使接地效果不理想，此時(shí)可以采用多點(diǎn)接地的方法。

(3)多點(diǎn)接地

多點(diǎn)接地指設(shè)備中凡需要接地的點(diǎn)都直接接到距它最近的接地平面上，以便使接地線最短，如圖4所示。這里說(shuō)的接地平面可以是設(shè)備的底板、專(zhuān)用接地母線，甚至是設(shè)備的機(jī)架。

多點(diǎn)接地的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，凡需要接地的點(diǎn)都可以就近接地，由于接地電感的減小，使地線上的高頻噪聲大為減少。所以多點(diǎn)接地在高頻下使用效果更佳。

單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地的分界常以流通信號(hào)波長(zhǎng)λ的0．05倍為界，凡單點(diǎn)接地線長(zhǎng)度達(dá)到0．05λ以上時(shí)，就應(yīng)當(dāng)用多點(diǎn)接地。2．1．3 設(shè)備的接大地

(1)設(shè)備的接大地

實(shí)際應(yīng)用中，除認(rèn)真考慮設(shè)備內(nèi)部的信號(hào)接地外，通常還要將設(shè)備的信號(hào)地、機(jī)殼與大地連在一起，并以大地作為設(shè)備的接地參考點(diǎn)。設(shè)備接大地的目的有三個(gè)：

①設(shè)備的安全接地，保證了操作人員的安全；

②釋放機(jī)箱上所積聚的電荷，避免因電荷積聚使機(jī)箱電位升高，造成電路工作的不穩(wěn)定；

③避免設(shè)備在外界電磁環(huán)境的干擾下造成設(shè)備對(duì)大地的電位發(fā)生變化，引起設(shè)備工作的不穩(wěn)定。

如能將接地與屏蔽、濾波等技術(shù)配合使用，對(duì)提高設(shè)備的電磁兼容性可起到事半功倍的作用。

(2)接大地的方法與接地電阻

判斷接大地有效性的重要指標(biāo)是接地電阻。接地電阻除與接地電極的制作方式有關(guān)外，也和大地自身的性質(zhì)有關(guān)。

正確的接大地方法是用直徑1～2 cm的銅棒(長(zhǎng)2～4 m)打入地下，深度在2 m以上。一根銅棒的接地電阻在25 Ω左右，這對(duì)一些小功率電氣設(shè)備已經(jīng)夠用。若要達(dá)到更小的接地電阻，可增加銅棒附近地域的鹽分和水分，還可將幾根銅棒互連成網(wǎng)。一般接地電阻以10 Ω為設(shè)計(jì)目標(biāo)。2．2 屏蔽

用金屬材料將設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生噪聲的區(qū)域封閉起來(lái)的方法稱(chēng)為屏蔽。屏蔽能有效抑制通過(guò)空間傳播的電磁干擾。采用屏蔽的目的有兩個(gè)：一是限制設(shè)備內(nèi)部的輻射電磁能越出某一區(qū)域；二是防止外部的輻射電磁能進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部。

按屏蔽所起的作用可分為電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽和電磁場(chǎng)屏蔽三種。2．2．1 電場(chǎng)屏蔽

電場(chǎng)屏蔽就是用導(dǎo)體將噪聲源(或被屏蔽物體)包圍起來(lái)，然后接地，以達(dá)到屏蔽的目的。由于導(dǎo)體表面的反射損耗很大，很薄的材料(鋁箔、銅箔)也有很好的屏蔽效果。另外，機(jī)箱上即使有縫隙，也不會(huì)產(chǎn)生太大的影響。2．2．2 磁場(chǎng)屏蔽

磁場(chǎng)屏蔽通常是指對(duì)直流或低頻磁場(chǎng)的屏蔽，其屏蔽效果比電場(chǎng)的屏蔽要困難得多。

磁場(chǎng)屏蔽的主要原理是利用屏蔽體的高導(dǎo)磁率、低磁阻特性對(duì)磁通所起的磁分路作用，使屏蔽體內(nèi)部的磁場(chǎng)大大削弱。當(dāng)要屏蔽外部強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，要求外層屏蔽體選用不易磁飽和的材料，如硅鋼等；內(nèi)層則用容易達(dá)到飽和的高導(dǎo)磁材料。反之，屏蔽體的材料使用次序也需顛倒過(guò)來(lái)。兩層屏蔽體在安裝時(shí)要注意彼此間的磁路絕緣。若屏蔽體無(wú)接地要求，可用絕緣材料作支撐；如要求接地，可用非鐵磁材料的金屬作支撐。2．2．3 電磁場(chǎng)屏蔽

電磁場(chǎng)屏蔽的目的是要阻止電磁場(chǎng)在空間傳播。

電磁場(chǎng)屏蔽可采用如下方法：

反射 金屬表面對(duì)電磁波的反射作用。

吸收 電磁波在進(jìn)入屏蔽體內(nèi)部時(shí)，會(huì)被屏蔽體金屬所吸收。

反射和吸收 電磁波透過(guò)金屬到達(dá)屏蔽體另一表層時(shí)，在金屬與空氣交界面上會(huì)再次形成反射，重返屏蔽體內(nèi)部，結(jié)果在屏蔽體內(nèi)部形成多次反射和吸收現(xiàn)象(當(dāng)然最終還會(huì)有少量電磁波透過(guò)屏蔽體而進(jìn)入被保護(hù)空間)。

因此，電磁屏蔽是基于金屬材料對(duì)電磁波的反射和吸收兩個(gè)作用來(lái)完成的。2．3 濾波

針對(duì)不同的干擾，應(yīng)采取不同的抑制方法和器件，下面對(duì)不同的抑制器件分別作簡(jiǎn)要敘述。

2．3．1 專(zhuān)用供電線路

只要通過(guò)對(duì)供電線路進(jìn)行簡(jiǎn)單處理就可以獲得一定的干擾抑制效果。例如在三相供電系統(tǒng)中把一相作為干擾敏感設(shè)備的供電電源；把另一相作為外部設(shè)備的供電電源；再把第三相作為常用測(cè)試儀器或其他輔助設(shè)備的供電電源。這樣可減少設(shè)備之間的相互干擾，同時(shí)也有利于三相平衡。在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，由于配電線路中非線性負(fù)載的使用，造成線路中諧波電流的存在，而諧波分量在中線里不能相互抵消，而是疊加，因此盡量采用較粗的中線，以減小線路阻抗，降低干擾。2．3．2 瞬變干擾抑制器件

瞬變干擾抑制器件包括氣體放電管、金屬氧化物壓敏電阻、硅瞬變吸收二極管和固體放電管等多種。其中金屬氧化物壓敏電阻和硅瞬變吸收二極管的工作原理與普通的穩(wěn)壓管類(lèi)似，是箝位型的干擾吸收器件；而氣體放電管和固體放電管是能量轉(zhuǎn)移型干擾吸收器件。結(jié)語(yǔ)

本文是在電磁兼容理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)和實(shí)際工程應(yīng)用中積累的一些經(jīng)驗(yàn)，是工程實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，所提出的一些觀點(diǎn)，難免有一些不完善之處，懇請(qǐng)各位同行批評(píng)指正。

第三篇：電磁兼容與抗干擾技術(shù)

什么是《電磁兼容與抗干擾技術(shù)》（簡(jiǎn)述）

在各種工業(yè)控制系統(tǒng)中，隨著變頻器等電子電力裝置的廣泛使用，系統(tǒng)的電磁干擾（EMI）日益嚴(yán)重，相應(yīng)的抗干擾設(shè)計(jì)（即電磁兼容EMC）已經(jīng)變得越來(lái)越重要。變頻器系統(tǒng)的干擾有時(shí)能直接造成控制系統(tǒng)的硬件損壞，有時(shí)雖不致?lián)p壞系統(tǒng)的硬件，但常使智能化控制裝置內(nèi)微處理器的系統(tǒng)程序運(yùn)行失控，導(dǎo)致控制失靈，從而造成設(shè)備和生產(chǎn)事故。因此，如何提高系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性是自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用中不可忽視的重要內(nèi)容，也是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用和推廣的關(guān)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(shù)手段，使同一電磁環(huán)境中的各種電子、電氣設(shè)備都能正常工作，并且不干擾其它設(shè)備的正常工作，這就是電磁兼容（英文Electromagnetic Compatibility，縮寫(xiě)為ECM）.國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)電磁兼容性的定義是“電磁兼容性是電子設(shè)備的一種功能，電子設(shè)備在電磁環(huán)境中能完成其功能而不產(chǎn)生不能容忍的干擾。”

在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4365-1995中對(duì)電磁兼容嚴(yán)格的定義是：設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承擔(dān)的電磁騷擾的能力。電磁兼容有兩方面的含義：

（1）設(shè)備對(duì)來(lái)自外部環(huán)境的電磁干擾必須具有一定的承受能力（抗擾度）。（2）設(shè)備在正常工作時(shí)產(chǎn)生的電磁干擾不超過(guò)一定的限值，不干擾其它設(shè)備的正常工作。

目前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，工控設(shè)備的使用越來(lái)越廣泛。特別是涉及到大的控制系統(tǒng)時(shí)，例如控制系統(tǒng)既有PLC、數(shù)控系統(tǒng)、變頻器、又有智能化儀表控制系統(tǒng)。如果在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝時(shí)，沒(méi)有充分考慮電磁兼容的問(wèn)題，小則造成設(shè)備不能穩(wěn)定運(yùn)行，大則造成設(shè)備的損壞。目前EMC已經(jīng)成為系統(tǒng)故障的主要原因。

EMC的一條準(zhǔn)則是“預(yù)防是最有效的，最經(jīng)濟(jì)的方案”。所以，EMC已經(jīng)成為電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須重視的問(wèn)題。

電磁兼容性學(xué)科涉及的理論基礎(chǔ)包括電磁場(chǎng)理論、天線與電波傳播、電路理論、通信技術(shù)、材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等等，所以電磁兼容性學(xué)科是一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的綜合性的前沿學(xué)科。

為了實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備之間的電磁兼容，國(guó)家針對(duì)各種電子、電器產(chǎn)品已經(jīng)頒布了一系列強(qiáng)制性的電磁兼容執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。電磁兼容技術(shù)貫穿于電子、電器產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、銷(xiāo)售的全過(guò)程。電磁兼容問(wèn)題解決的越早，投資效益越高。如果在產(chǎn)品的立項(xiàng)、設(shè)計(jì)階段就解決了電磁兼容技術(shù)，電磁兼容措施的有效性最高，產(chǎn)品的成本最低。如果產(chǎn)品已經(jīng)成批的制造出來(lái)了，才發(fā)現(xiàn)不符合國(guó)家的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，在采取補(bǔ)救措施，產(chǎn)品的成本就會(huì)大大提高。

二．EMC設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 A，電氣設(shè)計(jì)： ① 各元器件的干擾控制和抗干擾措施：屏蔽技術(shù)、濾波技術(shù)、接地技術(shù)的應(yīng)用。② 元器件的布局、導(dǎo)線的敷設(shè)等。B.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

機(jī)箱的屏蔽，包括通風(fēng)口、縫隙、表頭、顯示器、指示燈等處的處理。

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

主動(dòng)屏蔽、被動(dòng)屏蔽；

靜電屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽、電磁屏蔽。

四．PLC控制系統(tǒng)的抗干擾。

五．變頻器控制系統(tǒng)的抗干擾。

第四篇：電磁兼容測(cè)試

一、前言

自從麥克斯韋建立電磁理論、赫芝發(fā)現(xiàn)電磁波百余年來(lái)，電磁能得到了充分的利用。尤其在科學(xué)發(fā)達(dá)的今天，廣播、電視、通信、導(dǎo)航、雷達(dá)、遙測(cè)遙控及計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域得到了迅速的發(fā)展，給人類(lèi)創(chuàng)造了巨大的物質(zhì)財(cái)富，特別是信息、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的爆炸性發(fā)展，使世界的對(duì)話(huà)距離和時(shí)間驟然縮短，世界的面貌煥然一新，地球村的夢(mèng)想將成為現(xiàn)實(shí)。然而，伴隨電磁能的利用，也帶來(lái)了電磁干擾的產(chǎn)生。元用的電磁場(chǎng)，通過(guò)輻射和傳導(dǎo)的途徑，以場(chǎng)和電流(電壓)的形式，侵人工作著的敏感的電子設(shè)備，使其無(wú)法正常工作。而且，如同生態(tài)環(huán)境污染一樣，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展.電磁環(huán)境的污染也越來(lái)越嚴(yán)重。它不僅對(duì)電子產(chǎn)品的安全與可靠性產(chǎn)生危害，還會(huì)對(duì)人類(lèi)及生態(tài)產(chǎn)生不良影響。當(dāng)然，這種污染不會(huì)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(huán)境的不斷惡化，引起了世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的重視，特別是二十世紀(jì)七十年代以來(lái)，進(jìn)行了大量的理論研究及實(shí)驗(yàn)工作。進(jìn)而提出了如何使電子設(shè)備或系統(tǒng)在其所處的電磁環(huán)境中，能夠正常的運(yùn)衍，而對(duì)在該環(huán)境中工作的其它設(shè)備或系統(tǒng)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(xué)是一門(mén)新興的跨學(xué)科的綜合性應(yīng)用學(xué)科。作為邊緣技術(shù)，它以電氣和元線電技術(shù)的基本理論為基礎(chǔ)，并涉及許多新的技術(shù)領(lǐng)域，如微波技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、以及新材料等等。電磁兼容技術(shù)研究的范圍很廣，兒乎所有現(xiàn)代化工業(yè)領(lǐng)域，如電力、通信、交通、航天、軍工、計(jì)算機(jī)和醫(yī)療等都必須解決電磁兼容問(wèn)題。研究的熱點(diǎn)內(nèi)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(yīng)；

電磁干擾的抑制技術(shù)；

電磁頻譜的利用和管理；

電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范；

電磁兼容性的測(cè)量與試驗(yàn)技術(shù)；

電磁泄漏與靜電放電等。

電磁兼容學(xué)又是技術(shù)與管理并重的實(shí)用工程學(xué)。開(kāi)展這樣的工程，需要投入大量的人力和財(cái)力。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織已經(jīng)和正在制定EMC的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。我國(guó)在這方面的起步雖然較晚，但發(fā)展很快。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)要參與世界技術(shù)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)出口的電子產(chǎn)品都必須通過(guò)EMC檢驗(yàn)。因此，我國(guó)政府和相關(guān)部門(mén)越來(lái)越關(guān)注EMC問(wèn)題，不斷制定了有關(guān)的強(qiáng)制性貫徹標(biāo)準(zhǔn)。各部門(mén)和軍兵種也都開(kāi)始研究并建立了不同規(guī)模的EMC實(shí)驗(yàn)室和檢測(cè)中心。各種形式的技術(shù)研討和交流，促進(jìn)了EMC技術(shù)的普及、推廣和應(yīng)用。我國(guó)98年已立法強(qiáng)制對(duì)六類(lèi)進(jìn)口電子產(chǎn)品(計(jì)算機(jī)、顯示器、打印機(jī)、開(kāi)關(guān)電源、電視機(jī)和音響)及通信終端產(chǎn)品施行EMC檢測(cè)。99年國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督局發(fā)布了《EMC認(rèn)證管理辦法》。我國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所EMC測(cè)試實(shí)驗(yàn)室被美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)通過(guò)了FCC認(rèn)可。從2000年2月16日起，出口美國(guó)的信息技術(shù)設(shè)備和發(fā)射及接收設(shè)備，由該實(shí)驗(yàn)室出具的數(shù)據(jù)將被美國(guó)直接接受。目前，國(guó)內(nèi)也正在審定和驗(yàn)收正式的EMC認(rèn)證機(jī)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)室。

產(chǎn)品的EMC檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)電磁兼容不可缺少的技術(shù)手段，強(qiáng)制貫徹電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，則是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的先決條件。

二、電磁兼容基本概念

關(guān)于EMC的有關(guān)概念、定義和術(shù)語(yǔ)，在1995年頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4365“電磁兼容術(shù)語(yǔ)”中有詳細(xì)的闡述。這里僅就幾個(gè)主要概念作一些輔助說(shuō)明。

1.電磁環(huán)境(Electromagnetic Environment)

指存在于給定場(chǎng)所的所有電磁現(xiàn)象的總和。

給定場(chǎng)所即空間。所有電磁現(xiàn)象包括全部時(shí)間與全部頻譜。

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

設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。

對(duì)于EMC這一概念，作為一門(mén)學(xué)科，可譯為“電磁兼容”，而作為一個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容能力，可稱(chēng)為“電磁兼容性”。

由定義可以看出，EMC包括兩個(gè)方面的含義，即設(shè)備或系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁發(fā)射，不致影響其它設(shè)備或系統(tǒng)的功能；而本設(shè)備或系統(tǒng)的抗干擾能力，又足以使本設(shè)備或系統(tǒng)的功能不受其它干擾的影響。這就又引出了另外兩個(gè)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(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。

所謂電磁騷擾(Electmmagnetic Disturbance)是指任何可能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低或者對(duì)有生命或元生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。它可能是電磁噪聲、無(wú)用信號(hào)或傳播媒介自身的變化，它可能引起設(shè)備或系統(tǒng)降級(jí)或損害，但不一定會(huì)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(gòu)成的。通常稱(chēng)作干擾的三要素。

根據(jù)干擾傳播的途徑，電磁干擾可分為輻射干擾和傳導(dǎo)干擾。

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

傳導(dǎo)干擾(Conducted Interference)是沿著導(dǎo)體傳播的干擾。所以傳導(dǎo)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(shè)備或系統(tǒng)不能避免性能降低的能力。敏感度高，抗擾度低。其實(shí)二者是一個(gè)問(wèn)題的兩個(gè)方面，即從不同角度反映裝置、設(shè)備或系統(tǒng)的抗干擾能力。以電平來(lái)表示，敏感度電平(剛剛開(kāi)始出現(xiàn)性能降低時(shí)的電平)越小，說(shuō)明敏感度越高，抗擾度就越低；而抗擾度電平越高，說(shuō)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(dǎo)敏感度。

三、電磁干擾的危害

人們常說(shuō)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(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)(CISPR)，就是第一次開(kāi)始對(duì)電磁干擾及其控制技術(shù)的世界性有組織的研究。在人類(lèi)進(jìn)入信息化社會(huì)的今天，電磁波作為一種資源已在OHz~400GHz寬頻范圍內(nèi)，廣泛地用于信息技術(shù)產(chǎn)品中，如汽車(chē)、通信、計(jì)算機(jī)、家電等產(chǎn)品，大量地?fù)砣松鐣?huì)和家庭。伴之而來(lái)的電磁干擾也就從甚低頻到微波波段，無(wú)孔不入地輻射或傳導(dǎo)至運(yùn)行中的子設(shè)備或系統(tǒng)以及周?chē)沫h(huán)境。給設(shè)備或系統(tǒng)以及生態(tài)帶來(lái)各種各樣的危害。現(xiàn)就幾個(gè)領(lǐng)域的電磁騷擾現(xiàn)象作簡(jiǎn)要介紹。

(一)信息技術(shù)設(shè)備的電磁干擾不容忽視

信息技術(shù)設(shè)備(Informatbn Technohgy Equipmem-ITE)是指用于以下目的的設(shè)備：

接收來(lái)自外部源的數(shù)據(jù)(如通過(guò)鍵盤(pán)、數(shù)據(jù)線輸入)；

對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行某些處理；

提供數(shù)據(jù)輸出。

過(guò)去，人們往往認(rèn)為，計(jì)算機(jī)是以邏輯為特征的數(shù)字系統(tǒng)，受自身和外來(lái)電磁干擾影響不會(huì)很大。盡管在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程實(shí)現(xiàn)中，也自覺(jué)或不自覺(jué)地進(jìn)行著防止和消除各種干擾的工作，然而，提到掌握和運(yùn)用EMC技術(shù)上來(lái)認(rèn)識(shí)和研究，其意識(shí)性還欠缺。然而，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)己朝高速度、高靈敏度、高集成和多功能方向發(fā)展，系統(tǒng)已是含有多種元器件和許多分系統(tǒng)的低壓傳輸信息的復(fù)雜設(shè)備。高速和高密，會(huì)使系統(tǒng)的輻射加重，低壓、高靈敏度會(huì)使系統(tǒng)的抗擾度降低。因此，由于電磁環(huán)境的干擾和系統(tǒng)內(nèi)部的相互竄擾，嚴(yán)重地威脅著計(jì)算機(jī)和數(shù)字系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。如兼容機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)的現(xiàn)象就是典型一例。

(二)信息技術(shù)設(shè)備的電磁泄揭威脅著信息安全

計(jì)算機(jī)的鍵盤(pán)、顯示屏等都會(huì)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(huì)造成巨大損失。美國(guó)是最早利用電磁輻射泄漏獲取情報(bào)和重視防信息泄漏的國(guó)家。美國(guó)曾有人在紐約做過(guò)試驗(yàn)，將輻射信號(hào)截獲設(shè)備“數(shù)據(jù)掃描器”裝在汽車(chē)上，從曼哈頓南端的貝特利公園，沿華爾街緩行，對(duì)沿途的海關(guān)大樓、聯(lián)邦儲(chǔ)備銀行、世界貿(mào)易中心、市政廳、警察總局、紐約電話(huà)局以及聯(lián)合國(guó)總部等單位正在工作的計(jì)算機(jī)進(jìn)行輻射信號(hào)監(jiān)測(cè)。驚奇地發(fā)現(xiàn)，紐約是一個(gè)巨大的信息庫(kù)。如果截獲者，對(duì)其有興趣，便可通過(guò)放大、特征提取、解密、解碼等技術(shù)或信息處理等，獲得有用的情報(bào)。據(jù)資料介紹，當(dāng)今的截獲技術(shù)相當(dāng)先進(jìn)，可在1公里之內(nèi)，獲取清晰的屏幕圖像。在通信方面，則往往是以傳導(dǎo)波的方式泄漏和截獲。因?yàn)椋ㄐ蓬I(lǐng)域的信號(hào)傳播方式主要是電纜、光纜和無(wú)線電波。所以，網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，傳導(dǎo)形式的泄密更加嚴(yán)重。美國(guó)曾在20世紀(jì)70年代，一個(gè)潛水員在前蘇聯(lián)領(lǐng)海縱深內(nèi)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(gè)6米長(zhǎng)的竊聽(tīng)設(shè)備，它大量記錄了所有經(jīng)過(guò)電纜的通信信號(hào)。由于沒(méi)有采取任何加密措施，而使大量軍事通信情報(bào)輕易地落在了美國(guó)人手中。美國(guó)在信息泄漏的制技術(shù)方面也很高明。美國(guó)國(guó)家安全局和美國(guó)國(guó)防部從二十世紀(jì)六十年代就開(kāi)始研究制定和逐步完善的防電磁泄漏標(biāo)準(zhǔn)，就是用于計(jì)算機(jī)及信息設(shè)備防信息泄漏的研究被稱(chēng)作Tempest技術(shù)。IBM開(kāi)發(fā)的Tempest個(gè)人計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、顯示器等產(chǎn)品.就有明顯的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，信息泄漏被認(rèn)為是對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的最大威脅。所以，防信息泄漏已不再只是對(duì)軍事領(lǐng)域才有意義，而在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域及各行各業(yè)都應(yīng)引起足夠的重視了。

(三)機(jī)載系統(tǒng)的EMI現(xiàn)象

我們都知道，在飛機(jī)上不允許使用筆記本電腦、手機(jī)和聽(tīng)CD片等。其原因就在于避免這些設(shè)備產(chǎn)生電磁騷擾。一旦電磁騷擾通過(guò)飛機(jī)上的電纜線藕合到機(jī)上的敏感設(shè)備，就可能形成干擾，使設(shè)備工作不穩(wěn)，甚至失控。如果這些騷擾通過(guò)機(jī)艙的窗戶(hù)向外輻射，使空間的電磁環(huán)境更加復(fù)雜，而機(jī)身上有大量的傳感器和數(shù)十付天線，就會(huì)因干擾而增加飛機(jī)偏離航線或造成其它事故的可能性。本來(lái)飛機(jī)設(shè)計(jì)對(duì)電磁兼容性，尤其是抗擾性的要求就是非常高的。

現(xiàn)代交通工具越來(lái)越多的依賴(lài)于電子系統(tǒng)。對(duì)車(chē)載接收、監(jiān)控和定位等電子控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如果電磁抗擾度不夠，就很容易受空間電磁環(huán)境干擾而不能正常工作，甚至失控造成事故。如氣囊的保護(hù)失靈、定位錯(cuò)誤等。鐵路道岔的信號(hào)自動(dòng)控制，如果因電磁干擾造成誤控，將會(huì)給列車(chē)的行駛帶來(lái)不堪設(shè)想的災(zāi)難。

(四)微波領(lǐng)域的電磁干擾

衛(wèi)星地面站和雷達(dá)裝置都會(huì)受到諸如：特高頻波段的電視信號(hào)、核電信號(hào)等干擾。如美國(guó)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(qiáng)的微波輻射將會(huì)給電子設(shè)備或系統(tǒng)以及生物帶來(lái)多么嚴(yán)重的破壞和殺傷。

移動(dòng)電話(huà)正在我國(guó)蓬勃發(fā)展，可是它所產(chǎn)生的電磁干擾給持手機(jī)的人們帶來(lái)許多困擾和驚恐。目前，國(guó)家尚無(wú)關(guān)于移動(dòng)電話(huà)的電磁輻射衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，也無(wú)手機(jī)電磁輻射測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn).但據(jù)有關(guān)部門(mén)的初步檢測(cè)和分析，認(rèn)為手機(jī)的電磁輻射為點(diǎn)頻微波輻波。手機(jī)在使用過(guò)程中，其電磁輻射以手機(jī)與基站(網(wǎng))取得聯(lián)系時(shí)最大，第一聲鈴響后，輻射逐漸減小。所以，在手機(jī)接通后的最初幾秒之內(nèi)，最好不要馬上將手機(jī)貼耳接聽(tīng)。因?yàn)槿说拇竽X和眼睛對(duì)輻射是比較敏感的，以免造成傷害。當(dāng)然，在通話(huà)過(guò)程中，聲調(diào)的高低、聲音的大小和快慢也會(huì)使輻射有所不同。另外，手機(jī)的類(lèi)型不同，天線的內(nèi)置或外置，其輻射都會(huì)有些差別。

(五)EMI對(duì)醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)備或系統(tǒng)的危害

當(dāng)今，許多醫(yī)療設(shè)備都采用了先進(jìn)的電子和信息技術(shù)。這些設(shè)備的抗擾度如何，直接關(guān)系到人們的生命安危。如心臟起膊器，往往就會(huì)受到來(lái)自計(jì)算機(jī)、手機(jī)等的電磁干擾，使其功能發(fā)生變化。據(jù)說(shuō)，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(chē)翻。所以醫(yī)療設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計(jì)尤為重要，醫(yī)療單位的電磁環(huán)境值得關(guān)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(yán)重性是人們多有體會(huì)和認(rèn)識(shí)的。

四、堅(jiān)持電磁兼容設(shè)計(jì)，確保產(chǎn)品質(zhì)量

EMC學(xué)科的建立和一系列電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的制定，為我們從理論與實(shí)踐的結(jié)合上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品或系統(tǒng)的電磁兼容提供了指導(dǎo)。

EMC設(shè)計(jì)的目標(biāo)是通過(guò)EMC測(cè)試和認(rèn)證。

EMC設(shè)計(jì)的最終目的是為了使我們的設(shè)備或系統(tǒng)能在預(yù)定的電磁環(huán)境中正常、穩(wěn)定的工作，并對(duì)該電磁環(huán)境中的任何事物不構(gòu)成電磁騷擾，即實(shí)現(xiàn)電磁兼容。

EMC設(shè)計(jì)涉及的內(nèi)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(shù)來(lái)說(shuō)，主要是如何運(yùn)用濾波、接地和屏蔽三大技術(shù)。

電磁兼容設(shè)計(jì)的基本原則和方法，首先是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)EMC提出的要求和相應(yīng)的指標(biāo)，然后，依據(jù)電磁兼容的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，將設(shè)計(jì)產(chǎn)品的電磁兼容性指標(biāo)要求分解成元器件級(jí)、電路級(jí)、模塊級(jí)和產(chǎn)品級(jí)的指標(biāo)要求，再按照各級(jí)要實(shí)現(xiàn)的功能要求，逐級(jí)分層次的進(jìn)行設(shè)計(jì)。

電磁兼容性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問(wèn)題很多，但從根據(jù)上講，就是如何提高設(shè)備的抗擾度和防止電磁泄漏。通常采取的措施，一方面設(shè)備或系統(tǒng)本身應(yīng)選用互相干擾最小的設(shè)備、電路和部件，并進(jìn)行合理的布局。再就是通過(guò)接地、屏蔽及濾波技術(shù)，抑制與隔離電磁騷擾。對(duì)不同的設(shè)備或系統(tǒng)有不同的設(shè)計(jì)方法和措施。下面具體談點(diǎn)粗淺認(rèn)識(shí)。

(一)元器件的選擇和電路的分析是EMC設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)

以計(jì)算機(jī)為例.它是以數(shù)字電路為主，以低電平傳輸信號(hào)的設(shè)備。所用的數(shù)字集成電路既是干擾源，又是干擾的敏感器件，以存儲(chǔ)器為代表的MOS器件就是一個(gè)典型例子。存儲(chǔ)器瞬間工作時(shí)能產(chǎn)生很大電流，加之工作頻率可達(dá)百兆以上，因而易產(chǎn)生竄擾，造成誤動(dòng)作或通過(guò)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(shù)字電路傳送脈沖信號(hào)，產(chǎn)生的輻射頻率范圍很寬，如時(shí)鐘產(chǎn)生器、高速邏輯電路等都會(huì)產(chǎn)生高頻干擾和電磁泄漏，同時(shí)也會(huì)受通信、電視等頻段的電磁騷擾。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮選用抗干擾器件，合理確定指標(biāo)和運(yùn)用接地、屏蔽等技術(shù)。

(二)電珠系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計(jì)

無(wú)論是信息技術(shù)設(shè)備還是無(wú)線電電子、電氣產(chǎn)品都要有電源供電。電源有外電源和內(nèi)電源，電源是典型的也是危害嚴(yán)重的電磁干擾源。如電網(wǎng)的沖擊，尖峰電壓可高達(dá)千伏以上，會(huì)給設(shè)備或系統(tǒng)帶來(lái)毀滅性的破壞。另外，電源干線是多種干擾信號(hào)侵人設(shè)備的途徑。因此，電源系統(tǒng)，特別是開(kāi)關(guān)電源的EMC設(shè)計(jì)是部件級(jí)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。其措施多種多樣，諸如供電電纜直接從電網(wǎng)總閘引出，電網(wǎng)引出的交流經(jīng)穩(wěn)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(guò)壓過(guò)流保護(hù)等。

(三)接地系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)

良好的接地可以保護(hù)設(shè)備或系統(tǒng)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(shè)計(jì)是非常重要的，但也是難度較大的課題。地線的種類(lèi)很多，有邏輯地、信號(hào)地、屏蔽地、保護(hù)地等。接地的方式也可分單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、混合接地和懸浮地等。理想的接地面應(yīng)為零電位，各接地點(diǎn)之間無(wú)電位差。但實(shí)際上，任何“地”或接地線都有電阻。當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生壓降，使地線上的電位不為零，兩個(gè)接地點(diǎn)之間就會(huì)存在地電壓。當(dāng)電路多點(diǎn)接地，井有信號(hào)聯(lián)系時(shí)，就將構(gòu)成地環(huán)路干擾電壓。因此，接地技術(shù)十分講究，如信號(hào)接地與電源接地要分開(kāi)，復(fù)雜電路采用多點(diǎn)接地和公共地等。

(四)印制電路板的EMC設(shè)計(jì)

元器件、電路和地線引起的騷擾都會(huì)在印制電路板上反映出來(lái)。因此，印制電路板的EMC工程設(shè)計(jì)非常關(guān)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(shí)鐘線、信號(hào)線與地線的臣離要近等，以減少電路工作時(shí)引起內(nèi)部噪聲。嚴(yán)格執(zhí)行印制電路板的工藝標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，模擬和數(shù)字電路分層布局，以達(dá)到板上各電路之間的相互兼容。

另外，值得注意的是在進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)時(shí)，一定不能忽略對(duì)靜電放電(ESD)的防護(hù)。ESD防護(hù)的關(guān)鍵，一是防止靜電核的產(chǎn)生和積累，再就是阻隔ESD效應(yīng)的發(fā)生。阻止披電的方法和措施很多，這里不做贅述。

五、掌握并運(yùn)用EMC測(cè)試技術(shù)

EMC設(shè)計(jì)與EMC測(cè)試是相輔相成的。EMC設(shè)計(jì)的好壞是要通過(guò)EMC測(cè)試來(lái)衡量的。只有在產(chǎn)品的EMC設(shè)計(jì)和研制的全過(guò)程中，進(jìn)行EMC的相容性預(yù)測(cè)和評(píng)估，才能及早發(fā)現(xiàn)可能存在的電磁干擾，并采取必要的抑制和防護(hù)措施，從而確保系統(tǒng)的電磁兼容性。否則，當(dāng)產(chǎn)品定型或系統(tǒng)建成后再發(fā)現(xiàn)不兼容的題，則需在人力、物力上花很大的代價(jià)去修改設(shè)計(jì)或采用補(bǔ)救的措施。然而，往往難以徹底的解決問(wèn)題，而給系統(tǒng)的使用帶來(lái)許多麻煩。

EMC測(cè)試包括測(cè)試方法、測(cè)量?jī)x器和試驗(yàn)場(chǎng)所，測(cè)試方法以各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，測(cè)量?jī)x器以頻域?yàn)榛A(chǔ)，試驗(yàn)場(chǎng)地是進(jìn)行EMC測(cè)試的先決條件，也是衡量EMC工作水平的重要因素。EMC檢測(cè)受場(chǎng)地的影響很大，尤其以電磁輻射發(fā)射、輻射接收與輻射敏感度的測(cè)試對(duì)場(chǎng)地的要求最為嚴(yán)格。目前，國(guó)內(nèi)外常用的試驗(yàn)場(chǎng)地有：開(kāi)闊場(chǎng)、半電波暗室、屏蔽室和橫電磁波小室等。

作為EMC測(cè)試的實(shí)驗(yàn)室大體有兩種類(lèi)型：一種是經(jīng)過(guò)EMC權(quán)威機(jī)構(gòu)審定和質(zhì)量體系認(rèn)證而且具有法定測(cè)試資格的綜合性設(shè)計(jì)與測(cè)試實(shí)驗(yàn)室。或稱(chēng)檢測(cè)中心。它包括有進(jìn)行傳導(dǎo)干擾、傳導(dǎo)敏感度及靜電放電敏感度測(cè)試的屏蔽室，有進(jìn)行輻射敏感度測(cè)試的消聲屏蔽室，有用來(lái)進(jìn)行輻射發(fā)射測(cè)試的開(kāi)闊場(chǎng)地和配備齊全的測(cè)試與控制儀器設(shè)備。要建立這樣一套完善的實(shí)驗(yàn)室需投入幾百萬(wàn)甚至數(shù)千萬(wàn)元人民幣。目前，國(guó)內(nèi)已有數(shù)家已建成或正在投資興建。

另一種類(lèi)型就是根據(jù)本單位的實(shí)際需要和經(jīng)費(fèi)情況而建立的具有一定測(cè)試功能的EMC實(shí)驗(yàn)室。比起大型的綜合實(shí)驗(yàn)室，這類(lèi)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室規(guī)模小，造價(jià)低。主要適用于預(yù)相容測(cè)試和EMC評(píng)估。也就是為了使產(chǎn)品在最后進(jìn)行EMC認(rèn)證之前，具有自測(cè)試和評(píng)估的手段。如有不足，還可充分利用社會(huì)成果，內(nèi)外合作，相互比對(duì)和交流，以達(dá)節(jié)約開(kāi)支，改進(jìn)設(shè)計(jì)，不斷提高產(chǎn)品的電磁兼容性之目的。

在測(cè)試儀器方面，以頻譜分析儀為核心的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，可以快捷、準(zhǔn)確地提供EMC有關(guān)參數(shù)。新型的EMC掃描儀與頻譜儀相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了電磁輻射的可視化。可對(duì)系統(tǒng)的單個(gè)元器件，PCB板、整機(jī)與電纜等進(jìn)行全方位的三維測(cè)試，顯示真實(shí)的電磁輻射狀況。

EMC測(cè)試必須依據(jù)EMC標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范給出的測(cè)試方法進(jìn)行，并以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值作為判據(jù)。對(duì)于預(yù)相容測(cè)試，盡管不可能保證產(chǎn)品通過(guò)所有項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，但至少可以消除絕大部分的電磁干擾，從而提高產(chǎn)品的可信度。而且能夠指出你如何改進(jìn)設(shè)計(jì)、抑制EMI發(fā)射。

六、結(jié)束語(yǔ)

EMC作為一門(mén)多學(xué)科的高新技術(shù)，以其在質(zhì)量保證體系中的重要作用而逐漸被人們所認(rèn)識(shí)。堅(jiān)持電磁兼容性設(shè)計(jì)，提高貫徹EMC標(biāo)準(zhǔn)的意識(shí)性。消除電磁干擾，實(shí)現(xiàn)電磁兼容，從根本上提高產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性。

第五篇：電磁兼容作業(yè)

題目：電源電磁兼容原理及抑制方法電磁兼容原理作業(yè)

姓名：趙軍

學(xué)號(hào)：S20060151

電源電磁兼容原理及抑制方法

隨著電子設(shè)備的大量應(yīng)用，電源在這些設(shè)備中的地位越來(lái)越重要，而開(kāi)關(guān)變換器由于體積小、重量輕、效率高等特點(diǎn)，在電源中占的比重越來(lái)越大。開(kāi)關(guān)電源大多工作在高頻情況下，在開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)過(guò)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(chǎn)生了大量的電磁干擾（Electromagnetic Interference，EMI）。

EMI信號(hào)占有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度，經(jīng)過(guò)在電路、空間中的傳導(dǎo)和輻射，污染了周?chē)碾姶怒h(huán)境，影響了與其它電子設(shè)備的電磁兼容（Electromagnetic Compatibility）性。隨著近年來(lái)各國(guó)對(duì)電子設(shè)備的電磁干擾和電磁兼容性能要求的不斷提高，對(duì)電磁干擾以及新的抑制方法的研究已成為開(kāi)關(guān)電源研究中的熱點(diǎn)。

本文對(duì)電磁干擾產(chǎn)生、傳播的機(jī)理進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，重點(diǎn)總結(jié)了幾種近年來(lái)提出的抑制開(kāi)關(guān)電源電磁干擾產(chǎn)生及傳播的新方法。1 電磁干擾的產(chǎn)生和傳播方式

開(kāi)關(guān)電源中的電磁干擾分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。通常傳導(dǎo)干擾比較好分析，可以將電路理論和數(shù)學(xué)知識(shí)結(jié)合起來(lái)，對(duì)電磁干擾中各種元器件的特性進(jìn)行研究；但對(duì)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(chǎng)理論，分析起來(lái)比較困難。下面將對(duì)這兩種干擾的機(jī)理作一簡(jiǎn)要的介紹。1.1 傳導(dǎo)干擾的產(chǎn)生和傳播

傳導(dǎo)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(shù)的存在以及開(kāi)關(guān)電源中開(kāi)關(guān)器件的高頻開(kāi)通與關(guān)斷，使得開(kāi)關(guān)電源在其輸入端（即交流電網(wǎng)側(cè)）產(chǎn)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(shí)，由于dv/dt很高，激發(fā)變壓器線圈間、以及開(kāi)關(guān)管與散熱片間的寄生電容，從而產(chǎn)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(kāi)關(guān)管出發(fā)流經(jīng)接地散熱片和地線，再由高頻LISN網(wǎng)絡(luò)（由兩個(gè)50Ω電阻等效）流回輸入線路。

圖1 典型開(kāi)關(guān)變換器中共模、差模干擾的傳播路徑

根據(jù)共模干擾產(chǎn)生的原理，實(shí)際應(yīng)用時(shí)常采用以下幾種抑制方法： 1）優(yōu)化電路器件布置，盡量減少寄生、耦合電容。

2）延緩開(kāi)關(guān)的開(kāi)通、關(guān)斷時(shí)間。但是這與開(kāi)關(guān)電源高頻化的趨勢(shì)不符。3）應(yīng)用緩沖電路，減緩dv/dt的變化率。1.2.2 差模（DM）干擾

開(kāi)關(guān)變換器中的電流在高頻情況下作開(kāi)關(guān)變化，從而在輸入、輸出的濾波電容上產(chǎn)生很高的di/dt，即在濾波電容的等效電感或阻抗上感應(yīng)了干擾電壓。這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生差模干擾。故選用高質(zhì)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(chǎn)生和傳播

輻射干擾又可分為近場(chǎng)干擾〔測(cè)量點(diǎn)與場(chǎng)源距離<λ/6（λ為干擾電磁波波長(zhǎng)）〕和遠(yuǎn)場(chǎng)干擾（測(cè)量點(diǎn)與場(chǎng)源距離>λ/6）。由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論可知，導(dǎo)體中變化的電流會(huì)在其周?chē)臻g中產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，而變化的磁場(chǎng)又產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，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(chǎn)生的電磁場(chǎng)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(kāi)關(guān)電源電路中，主電路中的元器件、連線等都可認(rèn)為是天線，可以應(yīng)用電偶極子和磁偶極子理論來(lái)分析。分析時(shí)，二極管、開(kāi)關(guān)管、電容等可看成電偶極子；電感線圈可以認(rèn)為是磁偶極子，再以相關(guān)的電磁場(chǎng)理論進(jìn)行綜合分析就可以了。

圖2是一個(gè)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(yīng)用相關(guān)電磁場(chǎng)理論進(jìn)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(gè)電路在空間產(chǎn)生的輻射干擾。關(guān)于電偶極子、磁偶極子，可參考相關(guān)的電磁場(chǎng)書(shū)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(chǎng)計(jì)算時(shí)這一點(diǎn)尤其重要。相位不同一是因?yàn)楦蓴_從干擾源傳播到測(cè)量點(diǎn)存在時(shí)延作用（也稱(chēng)遲滯效應(yīng)）；再一個(gè)原因是元器件本身的特性導(dǎo)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(yīng)引起的相位滯后是信號(hào)頻率作用的結(jié)果，僅在頻率很高時(shí)作用才較明顯（如GHz級(jí)或更高）；對(duì)于功率電子器件而言，頻率相對(duì)較低，故遲滯效應(yīng)作用不是很大。2 幾種新的電磁干擾抑制方法

在開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的兩類(lèi)干擾中，傳導(dǎo)干擾由于經(jīng)電網(wǎng)傳播，會(huì)對(duì)其它電子設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，往往引起更嚴(yán)重的問(wèn)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(lái)，隨著對(duì)電子設(shè)備電磁干擾的限制越來(lái)越嚴(yán)格，又出現(xiàn)了一些新的抑制方法，主要集中在新的控制方法與新的無(wú)源緩沖電路的設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面。下面分別予以介紹。2.1 新的控制方法—調(diào)制頻率控制

干擾是根據(jù)開(kāi)關(guān)頻率變化的，干擾的能量集中在這些離散的開(kāi)關(guān)頻率點(diǎn)上，所以很難滿(mǎn)足抑制EMI的要求。通過(guò)將開(kāi)關(guān)信號(hào)的能量調(diào)制分布在一個(gè)很寬的頻帶上，產(chǎn)生一系列的分立邊頻帶，則干擾頻譜可以展開(kāi)，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(dá)到EMI的標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)制頻率（Modulated Frequency）控制就是根據(jù)這種原理實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的抑制。最初人們采用隨機(jī)頻率（Randomized Frequency）控制[1]，其主要思想是，在控制電路中加入一個(gè)隨機(jī)擾動(dòng)分量，使開(kāi)關(guān)間隔進(jìn)行不規(guī)則變化，則開(kāi)關(guān)噪聲頻譜由原來(lái)離散的尖峰脈沖噪聲變成連續(xù)分布噪聲，其峰值大大下降。具體辦法 是，由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生兩種不同占空比的脈沖，再與電壓誤差放大器產(chǎn)生的誤差 信號(hào)進(jìn)行采樣選擇產(chǎn)生最終的控制信號(hào)。其具體的控制波形如圖3(a)所示。

(a)隨機(jī)頻率控制原理波形圖

(b)調(diào)制頻率控制原理波形圖 圖3 兩種不同的頻率調(diào)制波形

但是，隨機(jī)頻率控制在開(kāi)通時(shí)基本上采用PWM控制的方法，在關(guān)斷時(shí)才采用隨機(jī)頻率，因而其調(diào)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(xiàn)的調(diào)制頻率控制則很好地解決了這些問(wèn)題。其原理是，將主開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行調(diào)制，在主頻帶周?chē)a(chǎn)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(guān)鍵是對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)制，使開(kāi)關(guān)能量分布在邊頻帶的范圍，且幅值受調(diào)制系數(shù)β的影響（調(diào)制系數(shù)β=Δf/fm，Δf為相鄰邊頻帶間隔，fm為調(diào)制頻率），一般β越大調(diào)制效果越好[2][3]，其控制波形如圖3(b)所示。

圖4即為一個(gè)根據(jù)調(diào)制頻率原理設(shè)計(jì)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(kāi)通、關(guān)斷時(shí)的干擾。

圖4 一個(gè)典型的調(diào)制頻率控制電路

2.2 新的無(wú)源緩沖電路設(shè)計(jì)

開(kāi)關(guān)變換器中電磁干擾是在開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)時(shí)刻產(chǎn)生的。以整流二極管為例，在開(kāi)通時(shí)，其導(dǎo)通電流不僅引起大量的開(kāi)通損耗，還產(chǎn)生很大的di/dt，導(dǎo)致電磁干擾；而在關(guān)斷時(shí)，其兩端的電壓快速升高，有很大的dv/dt，從而產(chǎn)生電磁干擾。緩沖電路不僅可以抑制開(kāi)通時(shí)的di/dt、限制關(guān)斷時(shí)的dv/dt，還具有電路簡(jiǎn)單、成本較低的特點(diǎn)，因而得到了廣泛應(yīng)用。但是傳統(tǒng)的緩沖電路中往往采用有源輔助開(kāi)關(guān)，電路復(fù)雜不易控制，并有可能導(dǎo)致更高的電壓或電流應(yīng)力，降低了可靠性。因此許多新的無(wú)源緩沖器應(yīng)運(yùn)而生，以下分別予以總結(jié)介紹。2.2.1 二極管反向恢復(fù)電流抑制電路

對(duì)于圖5(a)的Boost電路，Q1開(kāi)通后，D1將關(guān)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(guān)斷只能靠反向恢復(fù)電流尖峰，而現(xiàn)有的抑制二極管反向恢復(fù)電流的方法大多只適用于特定的變換器電路，而且只對(duì)應(yīng)某一種的輸入輸出模式，適用性很差。國(guó)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(guān)鍵在于把一個(gè)輔助二極管（D2）、一個(gè)小的輔助電感（L2）與主功率電感（L1）的部分線圈串聯(lián)，然后與主二極管（D1）并聯(lián)。其工作原理是，在Q1開(kāi)通時(shí)，利用輔助電感及輔助二極管構(gòu)成的輔助電路進(jìn)行分流，使主二極管D1上的電流降為零，并維持到Q1關(guān)斷。由于電感L2的作用，輔助二極管D2上的反向恢復(fù)電流是很小的，可以忽略。

(a)Boost電路

(b)二極管反向恢復(fù)電路

圖5 Boost電路及其二極管反向恢復(fù)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(fù)電流，還可以用在輸入輸出整流二極管的恢復(fù)電流抑制上。圖6是這種應(yīng)用的舉例。這種技術(shù)應(yīng)用在一般的電源電路里，都可以獲得有效抑制反向恢復(fù)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(fù)電流抑制電路

2.2.2 無(wú)損緩沖電路

在變換器電路中，主二極管反向恢復(fù)時(shí)，會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)管造成很大的電流、電壓應(yīng)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(fù)電流，減少損耗，而提出了一種無(wú)損緩沖電路[5]，如圖7所示。

圖7 無(wú)損緩沖電路

其主要工作原理是，主開(kāi)關(guān)Q開(kāi)通時(shí)的di/dt應(yīng)力、關(guān)斷時(shí)的dv/dt應(yīng)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(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)主二極管D反向恢復(fù)電流的抑制，使開(kāi)關(guān)損耗、EMI大大減少。不僅如此，由于開(kāi)通時(shí)C1上的能量轉(zhuǎn)移到C2，關(guān)斷時(shí)C2和L1上的能量轉(zhuǎn)移到負(fù)載，這種緩沖電路的損耗很低，效率很高。2.2.3 無(wú)源補(bǔ)償技術(shù)

傳統(tǒng)的共模干擾抑制電路如圖8所示。為了使通過(guò)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(yīng)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(huì)變大。應(yīng)用無(wú)源補(bǔ)償技術(shù)，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(jié)省成本。

圖8 共模干擾濾波器 由于共模干擾是由開(kāi)關(guān)器件的寄生電容在高頻時(shí)的dv/dt產(chǎn)生的，因此，用一個(gè)額外的變壓器繞組在補(bǔ)償電容上產(chǎn)生一個(gè)180°的反向電壓，產(chǎn)生的補(bǔ)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(wú)源補(bǔ)償?shù)脑怼?/p>

圖9(a)為加入補(bǔ)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(chǎng)合，濾波電感LCM較大，所以補(bǔ)償?shù)男Ч麜?huì)更明顯。該電路在變壓器上加了一個(gè)補(bǔ)償線圈Nc，匝數(shù)與原邊繞組一樣；補(bǔ)償電容CCOMP的大小則與寄生電容CPARA一樣。這樣一來(lái)，工作時(shí)的Nc使CCOMP產(chǎn)生一個(gè)與CPARA上干擾電流大小相同、方向相反的補(bǔ)償電流，迭加后消除了干擾電流。補(bǔ)償線圈不流過(guò)全部的功率，僅傳輸干擾電流，補(bǔ)償電路十分簡(jiǎn)單。

同樣，對(duì)于圖9(b)中的正激式電路，利用其自身的磁復(fù)位線圈，可以更加方便地實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。無(wú)源補(bǔ)償技術(shù)還可以應(yīng)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(bǔ)償電路的正激電路

(a)帶補(bǔ)償電路的隔離式半橋電路

圖9 兩種無(wú)源補(bǔ)償電路

(a)Boost電路

(b)Buck電路

圖10 帶補(bǔ)償電路的非隔離式Boost、Buck電路

需要注意的是，無(wú)源補(bǔ)償技術(shù)有一定的應(yīng)用條件，它受開(kāi)關(guān)電流、電壓的上升、下降時(shí)間，以及變壓器結(jié)構(gòu)等因素的影響，特別當(dāng)變壓器的線間耦合電容遠(yuǎn)大于寄生電容時(shí)，干擾電流不經(jīng)補(bǔ)償線圈而直接進(jìn)入大地，此時(shí)抑制效果就不很理想。3 結(jié)語(yǔ)

產(chǎn)生噪聲的來(lái)源很多，如外來(lái)干擾、機(jī)械振動(dòng)、電路設(shè)計(jì)不當(dāng)、元器件選擇不當(dāng)以及結(jié)構(gòu)布局或布線不合理等。在開(kāi)關(guān)變換器中，功率三極管和二極管在開(kāi)－關(guān)過(guò)程中所產(chǎn)生的射頻能量是干擾的主要來(lái)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(dǎo)線傳送（傳導(dǎo)干擾），其中后者的危害更為嚴(yán)重。

開(kāi)關(guān)電源技術(shù)是一項(xiàng)綜合性技術(shù)，可以利用先進(jìn)的半導(dǎo)體電路設(shè)計(jì)技術(shù)、磁性材料、電感元件技術(shù)以及開(kāi)關(guān)器件技術(shù)等來(lái)有效地減少和抑制EMI。目前，開(kāi)關(guān)電源已日益廣泛地應(yīng)用到各種控制設(shè)備、通信設(shè)備以及家用電器中，其電磁干擾問(wèn)題、及與其它電子設(shè)備的電磁兼容問(wèn)題已日益成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，未來(lái)電磁干擾及其相關(guān)問(wèn)題必將得到更多的研究。