第一篇：電磁兼容性基礎知識及其實現-接地(連載5)

電磁兼容性基礎知識及其實現-接地(連載5)

3.1屏蔽的理論方法

3.1.1電纜選擇原則

選擇導線電纜，是根據傳輸信號電平或功率電平，頻率范圍，敏感情況，隔離要求確定，只有分析信號電平與波形，才能正確規定選用導線電纜。

一般原則如下： ·電源線，如此等380伏交流，220伏交流，27伏直流，一般不用屏蔽電纜，但電源線干擾大時例外。·低頻信號線，隔離要求很嚴格的多點接地和單點接地線路，用屏蔽雙絞線。

·單點接地的音頻線路和內部電源線，用雙絞線。

·在重要發射射頻脈沖、高頻、寬頻帶內阻抗匹配等處，用同軸線。

·數字電路，脈沖電路，用絞合屏蔽電纜，有時需要單獨屏蔽。

·高電平電源線，用鍍鋅鋼管屏蔽。

·多點接地的音頻或電源線，需要用屏蔽線。

·對低頻儀表，可用單芯、單屏蔽導線。當傳輸中等信號電平并有良好接地系統時，效果比較好。

3.1.2屏蔽的理論方法

電磁波理是經典的理論。麥克斯威爾、法拉第和其它人在電子學之前就建立了描述電場和磁場的基本方程式。

然而，對實際中的復雜硬件幾乎不能直接應用這些方程式。電場和磁場的衰減用從試驗中得到的方程式能夠更好的表達，這些方程式在屏蔽的設計中廣泛應用。有許多因素會影響電磁能量源周圍的場。

源的種類賦予了場一些特征，如輻射幅度。距離源的距離和電磁波傳輸的媒介的特性都會影響場與屏蔽之間的相互作用。

在電磁屏蔽中，波阻抗Zw是聯系這些參數的有用的概念。波阻抗定義為電場E與磁場H的比值。

源上的驅動電壓決定了干擾的特性。例如，環天線中流動的電流與較低的驅動電壓對應。結果是在天線附近產生較小的電場和較大的磁場，具有較低的波阻抗。

另一方面，四分之一波長的距離上，所有源的波的阻抗趨近于自由空間的特征阻抗，377歐姆。這時，稱為平面波，作為參考，1MHz的波長是300m。

按照到源的距離，電磁波可以進一步分為兩種，近場和遠場。兩種場的分界以波長λ除以2π的距離為分界點。λ/2π附近的區域稱為過渡區。源與過渡區是近場，超過這點為遠場。近場波的特性主要由源特性決定，而遠場波的特性由傳播媒介決定。如果源是大電流、低電壓。則在的近場以磁場波為主。高電壓、小電流的源產生電場為主的波。

在設計屏蔽控制輻射時，這個概念十分有用。由于這時屏蔽殼與源之間的距離通常在厘米數量級，相對于屏蔽電磁波為近場的情況。在遠場，電場和磁場都變為平面波，即，波阻抗等于自由空間的特性阻抗。

知道干擾輻射的近場波阻抗對于設計控制方法是十分有用的。用能將磁通分流的高導磁率鐵磁性材料可以屏蔽200KHz以下的低阻抗波。反過來，用能將電磁波中電矢量短路的高導電性金屬能夠屏蔽電場波和平面波。入射波的波阻抗與屏蔽體的表面阻抗相差越大，屏蔽體反射的能量越多。因此，一塊高導電率的薄銅片對低阻抗波的作用很小。屏蔽效能SE等于吸收因子A加上反射因子R，加上多次返射修正因子B，所有因子都以dB表示。SE=A+R+B 表3.1和表3.2給出了不同的屏蔽效能，吸收損耗的計算公式如下：

對于任何電磁干擾，屏蔽作用由三種機理構成。入射波的一部分在屏蔽體的前表面反射，另一部分被吸收，還有一部分在后表面反射.表3.1信號強度的衰減 表3.2屏蔽衰減極限值 dB 衰減的百分比 10 90 20 99 30 99.9 40 99.99 50 99.999 60 99.9999 70 99.99999 dB 評價 0～10 屏蔽很少 10～30 有意義的屏蔽的下限 30～60平均屏蔽量 60～90 屏蔽較好 90～120 屏蔽很好 120以上 現有技術的極限

表3.3給出了一些常用屏蔽材料的相對導電率和導磁率。如果吸收因子6dB以上，多次反射因子B可以忽略，僅當屏蔽層很薄或頻率低于20KHz時，B才是重要的。在設計磁屏蔽時，特別是14KHz以下時，除了吸收損耗外，其它因素都可以忽略。同樣，在設計電場或平面波屏蔽時，只考慮反射因子。當一束電磁波碰到屏蔽體時，在表面上感應出電流。屏蔽的一個作用是將這些電流在最小擾動的情況下送到大地，如果在電流的路徑上有開口，電流受到擾動要繞過開口。較長的電流路徑帶來附加阻抗，因此在開口上有電壓降。這個電壓在開口上感應出電場并產生輻射。當開口的長度達到λ/4時，就變成效率很高的輻射體，能夠將整個屏蔽體接收到的能量通過開口發射出去。為了限制開口效應，一個一般的規則是，如果屏蔽體的屏蔽效能要達到60dB，開口長度在感興趣的最高頻率處不能超過0.01λ。每隔一定間隔接觸的復合或用指形簧片連接的縫隙可以作為一系列開口來處理。值得指出的是，材料本身的屏蔽特性并不是十分重要的，相比之下縫隙開口等屏蔽不連續性是更應該注意的因素。表3.3用于屏蔽的金屬特性 金屬 相對收導率σr 相對磁導率μr 銀 1.05 1 銅 1.00 1 鋁 0.61 1 鋅 0.29 1 黃銅 0.26 1 鎳 0.20 1 鐵 0.17 1000 銅 0.10 1000 化學鍍鎳 0.02 1

·最少保證２４小時的粘接時間。鉚釘安裝 鉚釘安裝可以提供緊固長久的接觸，塑料鉚釘或銅鉚釘都可以使用。點焊 安裝需要采用基本點焊方式。焊接 需要標準的低溫焊接技術完成，焊接劑通常為潔凈的液態非酸性物質。金屬絲網纏帶 連載３曾經介紹過編織金屬絲網襯墊。對于金屬網纏帶。它是由一根單一的連續金屬絲編制而成的。這種形狀不會因溫度的變化而改變。纏帶的末端可以焊接，壓接或用環氧導電膠粘接。將絲網纏帶以半重疊的方式繞制在電纜上時，它可能為電纜提供一層有效的屏蔽層。金屬絲網纏帶通常為雙層網狀，如有特殊需要，也可以生產成四層甚至更多層數。較寬的絲網纏帶還可以用于建造法拉第籠使用。通常此種襯墊是用蒙乃爾合金絲、鍍錫銅絲、不銹鋼絲、銅絲、鍍銀銅絲、鋁絲或錫銅合金絲編制而成的。螺旋管襯墊 另外一種在美國較受歡迎的襯墊是使用合金材料，通常是鈹青銅或者不銹鋼帶繞制成具有彈性，導電性和較低成本的螺旋管襯墊。屏蔽性能 這種襯墊可以提供極佳的屏蔽性能，它具有較低的接觸阻抗，它邊緣的鍍層可以為襯墊提供優良的防腐蝕性能，適量的壓縮可以保證設備終生的優良接觸。這種襯墊的屏蔽效果一般在８０dＢ以上。地于環境密封性要求更高的場合，可以使用由天然硅橡膠條和金屬螺旋管襯墊結合在一起的復合型襯墊，如下圖所示。在美國另外一種較受歡迎的襯墊是在有彈性的泡沫芯材上涂覆金屬化的物質。它有彈性的外涂覆層可以提供比絲網襯墊多６０％－７０％，比指型簧片多４０％的接觸面，以便 /> 螺旋管襯墊——Ｄ型多重密封襯墊可同時提供ＲＦＩ／ＥＭＩ防護和環境密封金屬化的彈性襯墊

保證在兩個有細微不規則的金屬交配面間提供良好的接觸。有效的環境密封性能有時也可以通過特殊泡沫內芯提供。它多維的細胞結構滑入空隙和空格，柔軟的泡沫使得機箱的門更加易于開關和鎖緊。屏蔽性能 對于這種材料從３０ＭＨｚ到１ＧＨｚ可以達到平均６０dB的衰減。安裝磁屏蔽膠帶 對于小器件或者屏蔽要求不嚴格的場合可以用薄膠帶卷起來達到屏蔽的效果，很難確定需要繞多少圈。因為磁導率的下降與被屏蔽物體的形狀有關，通常要繞數圈，這相當于多層屏蔽。因此最后的方法是邊繞邊進行實際的測試，這種方法很容易進行修改，但很難獲得比較好的屏蔽效果。

機殼上的出入口問題，使用以前討論過的技術和材料，不難使一個機殼在從直流直到可見光電磁波頻率范圍內提供１１０dＢ的屏蔽效能。當然，除了低頻磁場屏蔽，但在實際中不可能獲得理論上的屏蔽效果，因為機殼所必須的出入口和穿透孔破壞了機殼的完整性，使屏蔽效能降低，如下圖所示：

一些破壞機殼完整性的因素 加載硅樹脂填料。另一方法是指形物支撐，采用銅鈹合金指形支撐物應小心使用，那么就不太容易損壞。一般來講，最好的方法是采用編織導線網或加有金屬微粒的硅樹脂填料 第３章討論了在屏蔽門上用適當的填料的實踐，第９章討論了屏蔽室的門結構。但是，除了門以外，在屏蔽的設計中需要考慮以下的一些或全部因素：

·蓋板；

·通用孔；

·測量儀表的指示窗；

·顯示窗；

·電位器軸；

·指示燈；

·保險絲；

·開關； ·電源線和信號線連接器。控制軸 使用金屬控制軸的地方，如電位器，控制軸要穿透屏蔽外殼。因此，它們應通過填充導電填料來密封，通常使用編織金屬網，控制軸應穿過填充的金屬絕緣管。典型的結構如圖６.８所示，其中絕緣管與機殼面板電氣相連。

作者: 王清洲 日期: 2001-7-19

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第二篇：接地處理對電磁兼容性的作用

接地處理對電磁兼容性的作用

圈子類別：電子(未知)2010-3-19 18:18:00

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按照工程要求,許多電氣電子設備或系統必須進行電磁兼容性設計考核控制,為了使設備滿

足相關的電磁兼容性標準和工程要求,合理的屏蔽、濾波、接地、隔離等措施是必不可少的。對于較復雜的設備,由于構成設備的電磁兼容性能的因素復雜,并且設備的屏蔽、濾波、接地以及布線等設計效果是相互關聯的,一般情況下,不可能由某一單項措施完成解決設備的電磁兼容性問題,多數設備必須是各種措施綜合應用。另外,有些情況下,某種措施應用不恰當或工藝處理不到位也會使設備的電磁發射得不到良好控制。這里,我們將介紹電纜屏蔽層、濾波器接地對設備或系統的電磁發射和電磁敏感度影響的幾個實例。良好的接地處理對設備電磁發射的改善

某一電子控制設備在使用中與其他設備之間有多路外接控制信號,由于檢測無法模擬實際使用狀況,設備考核時只是運行在設備自檢狀態,并使設備內部電路或功能模塊盡可能投入工作。設備將許多外接信號電纜孔進行了電磁密封,這樣,該設備由外接電纜引出的電磁發射受到了限制。

設備的濾波、內部干擾源模塊屏蔽、外殼結構屏蔽設計均考慮比較周到。

但第一次測試CE03、RE02超標較為嚴重。打開機柜我們發現,設備內部有些方面還欠考慮,并發現設備的電源濾波器安裝底座表面涂有油漆,濾波器沒有良好的接地可能是CE03、RE02嚴重超標的主要原因。

我們檢查了濾波器的安裝情況,將濾波器安裝底座表面油漆鏟除并涂敷導電膠,使濾波器殼體與設備機殼得到良好地面接觸、將風機的電源線先經過濾波器然后供風機等等。僅18.8MHz超標30dB。測試現場對RE02結果再次進行分析、進一步整改,將設備內部開關電源屏蔽罩由懸浮改為接機殼地后,RE02發射下降很大,僅在19.3MHz超標5dB。電纜屏蔽層接地對提高設備或系統敏感度的作用

(1)某動力裝置綜合控制系統共有20多臺套設備,具有冷、熱啟動;自動測試和遙操;對運動參數進行轉換、隔離、放大等的操作與管理等功能。系統的電磁兼容性直接影響該動力綜合控制系統的安全和可靠運行,因此,該動力綜合控制系統一直很重視電磁兼容工作。

在電磁兼容性設計中,該系統從元器件的選擇嚴格把關,電路設計中通常的信號隔離、電源線加磁環等方法均做到了合理應用,尤其是對機柜的結構、工藝投入了相當的精力和資金,就設備的敏感度而言考核全部合格。

但是,在設備連接成系統后,系統有些細節被忽視,出現了敏感現象。系統中某裝置與該動力

裝置綜合顯控臺互連電纜沒有屏蔽層,線上注入CS114干擾在1.2MHz~3MHz時,數據傳遞出現了誤碼。

另外,該系統測量裝置與探測器之間的互連線是專門研制的抗輻射電纜,其外層有屏蔽波紋

管。由于試驗中屏蔽波紋管兩端接地處理不規范、不到位,當線上注入CS114干擾在0.95MHz~2.05MHz時,顯示的計數率出現不正常值。第一個問題中我們將原互連電纜換成屏蔽電纜并進行了較好接地處理,第二個問題中我們將屏蔽波紋管接地進行了規范處理,再次進行了CS114干擾注入,設備敏感現象消失。

(2)某設備顯控裝置敏感度試驗中,在其電源線上施加CS06尖峰干擾,在施加干擾規定的時

間內該設備顯示器出現了黑屏。設備單位對此問題進行了綜合性整改,如顯示器電源加對地電容、整理內部走線等,另外一項整改措施是將視頻電纜屏蔽層的兩端接地(原視頻電纜屏蔽層兩端均未接地)。經過上述改進重復試驗設備顯示正常。

多年的工作實踐我們發現,當電磁兼容性與設備、系統的功能、性能直接相關時,設計師們對此是比較關注的,而當電磁兼容性與設備、系統的功能、性能沒有直接關系的地方,如結構、布線、工藝等方面則容易被忽視,其實,多數情況下設備、系統發生敏感問題多為此類原因造成,而且,一旦問題發生整改所需的代價有時也是很大的。

第三篇：電磁兼容性實現途徑及方法

電磁兼容性實現途徑及方法

這要從分析形成電磁干擾后果的基本要素出發。由電磁騷擾源發射的電磁能量，經過耦合途徑傳輸到敏感設備，這個過程稱為電磁干擾效應。因此，形成電磁干擾后果必須具備三個基本要素：

1、電磁騷擾

任何形式的自然現象或電能裝置所發射的電磁能量，能使共享同一環境的人或其它生物受到傷害，或使其他設備分系統或系統發生電磁危害，導致性能降級或失效，這種自然現象或電能裝置即稱為電磁騷擾源。

2、耦合途徑

耦合途徑即傳輸電磁騷擾的通路或媒介。

3、敏感設備（Victim)

敏感設備是指當受到電磁騷擾源所發射的電磁能量的作用時，會受到傷害的人或其它生物，以及會發生電磁危害，導致性能降級或失效的器件、設備、分系統或系統。許多器件、設備、分系統或系統可以既是電磁騷擾源又是敏感設備。

為了實現電磁兼容，必須從上面三個基本要素出發，運用技術和組織兩方面措施。所謂技術措施，就是從分析電磁騷擾源、耦合途徑和敏感設備著手，采取有效的技術手段，抑制騷擾源、消除或減弱騷擾的耦合、降低敏感設備對騷擾的響應或增加電磁敏感性電平;為個對人為騷擾進行限制，并驗證所采用的技術措施的有效性，還必須采取組織措施，制訂和遵循一套完整的標準和規范，進行合理的頻譜分配，控制與管理頻譜的使用，依據頻率、工作時間、天線方向性等規定工作方式，分析電磁環境并選擇布置地域，進行電磁兼容性管理等。

電磁兼容性是電子設備或系統的主要性能之一，電磁兼容設計是實現設備或系統規定的功能、使系統效能得以充分發揮的重要保證。必須在設備或系統功能設計的同時，進行電磁兼容設計。

電磁兼容設計的目的是使所設計的電子設備或系統在預期的電磁環境中實現電磁兼容。其要求是使電子設備或系統滿足EMC標準的規定并具有兩方面的能力：

1.能在預期的電磁環境中正常工作，無性能降低或故障;

2.對該電磁環境不是一個污染源。

為個實現電磁兼容，必須深入研究以下五個問題：

第一，對于電磁騷擾源的研究，包括電磁騷擾源的頻域和時域特性，產生的機理以及抑制措施等的研究。

第二，對于電磁騷擾傳播特性的研究，即研究電磁騷擾如何由騷擾源傳播到敏感設備，包括對傳導騷擾和輻射騷擾的研究。傳導騷擾是指沿著導體傳輸的電磁騷擾，輻射騷擾即由器件、部件、連接線、電纜或天線，以及設備呀系統輻射的電磁騷擾。

第三，對于敏感設備抗干擾能力的研究。這種抗干擾能力常心電磁敏感性或抗擾度表征，電磁敏感性電平越小，抗擾度越低，抗干擾能力越差。

第四，對于測量設備測量方法與數據處理方法的研究。由于電磁騷擾十分復雜，測量與評價需要有許多特殊要求，例如測量接收機要有多種檢波方式，多種測量帶寬、大過載系數、嚴格的中頻濾波特性等，還要求測量場地的傳播特性與理論值符合得很好等。如何評價測量結果，也是個重點問題，需要應用概率論、數理統計等數學工具。

第五，對于系統內、系統間電磁兼容性的研究。系統內電磁兼容性是指在給定系統內部的分系統、設備及部件之間的電磁兼容性，而給定系統與它運行時所處的電磁環境，或與其他系統之間的電磁兼容性即系統間電磁兼容性，這方面的研究需要廣泛的理論知識與的豐富的實踐經驗。

還應當指出，由于電磁兼容是抗電磁騷擾的擴展與延伸，它研究的重點則是設備或系統的非預期效果和非工作性能，非預期發射和非預期響應，而在分析騷擾的迭加和出現概率時，還需按最不利的情況考慮，即所謂的“最不利原則”，這些都比研究設備或系統的工作性能復雜得多。

總之，電磁兼容學是一門綜合性的邊緣學科，其核心仍然是電磁波，其理論基礎包括數學、電磁場理論、電路理論、微波理論與技術、天線與電波傳播理論、通信理論、材料科學、計算機與控制理論、機械工藝學、核物理學、生物醫學以及法律學、社會學等內容。現在，電磁兼容學已成為國內外矚目的迅速發展的學科，預計在21世紀，它還將獲得更加迅速的發展。

第四篇：通信開關電源的電磁兼容性

通信開關電源的電磁兼容性: 摘要:簡要介紹了通信開關電源的電磁兼容性要求、國內外標準、電磁兼容性的成因、研究解決方法及國內通信開關電源的電磁兼容性現狀.引言

通信開關電源因具有體積小、重量輕、效率高、工作可靠、具有遠程監控等原因,廣泛的應用于程控交換、光數據傳輸、無線基站、有線電視系統及IP網絡中,是信息技術設備正常工作的核心動力.隨著信息技術的發展,信息技術設備遍布祖國大江南北,從發達的中心城市至貧窮落后的偏遠山區,為人與人間的溝通交流及數據傳輸提供了極大的便利.通信設備的電網供電質量由于城鄉間的差異,即有穩定的大電網如核電、火電、水電等并網的供電方式,同時也有獨立的小水電單獨供電方式.特別是在小水電站供電方式下,因水量的變化復雜、用戶用電量的變化較大及設備工作的不穩定,造成電網波形失真嚴重及其電網電壓和大幅波動,同時因配電系統的接線不規范,對通信開關電源也造成了嚴峻的考驗.鐵路通信及電力通信正在發展壯大.由于電力機車經過之處,產生很強的感應電壓,使地線電壓產生很大的波過,從而引起電網電壓的很大的波動,強大的電場容易引起開關電源設備工作的瞬時不穩定.在高壓電網運行的通信開關電源,雖然電網電壓穩定,但容易受電網負載變化等引起的強電磁場的搔擾影響.用于基站的通信用開關電源,由于多安裝在較高的建筑物上或是山頂,更容易受到雷電的襲擊.因此,通信開關電源要有很強的抗電磁搔擾的能力,特別是對雷擊、浪涌、電網電壓、靜電、電場、磁場及電磁波等要有足夠的抗擾動能力,保證自身能夠正常工作以及通信設備供電的不間斷而且穩定.另一方面,因通信開關電源內部的功率開關管、整流或續流二極管及主功率變壓器,在高壓、大電流及高頻開關的方式下工作,其電壓電流波形多為方波.在高壓大電流的方波切換過程中,方波電壓電流將產生豐富的諧波電壓及諧波電流,這些諧波電壓及諧波電流可通過電源輸入線或開關電源的輸出線傳出,對與通信電源在同一電網上供電的其它設備及電網產生搔擾,同時對由通信電源供電的設備如程控交換設備、無線基站、光傳輸設備及有線電視設備等產生搔擾,使設備不能正常工作.由于電壓差可以產生電場、電流的流動可以產生磁場,豐富的諧波電壓電流的高頻部分,在開關電源內部產生電磁場,造成開關電源內部工作的不穩定,使電源的性能降低.有部分電磁場通過開關電源機殼的縫隙,向周圍空間輻射,與通過電源線、直流輸出線產生的輻射電磁場,一起通過空間傳播的方式,對其它高頻設備及對電磁場比較敏感的設備造成搔擾,引起其它設備工作異常.因此,要限制通信開關電源對由負載線、電源線產生的傳導搔擾量對空間產生的輻射電磁場搔擾量,使之能與處于同一環境中的其它電信設備均能夠正常工作,互不產生搔擾.電磁兼容性的國內國外標準

電磁兼容性是指設備或系統在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中的任何事物構成不能隨的電磁搔擾的能力

要徹底消除設備的電磁搔擾及對外部一切電磁搔擾信號不敏感是不可能的.只能通過制訂系統內設備與設備之間的相互允許產生的電磁搔擾大小及抵抗電磁搔擾的能力,才能使電氣設備及系統間達到電磁兼容性的要求.國內外大量的電磁兼容性標準,為系統內的設備相互達到電磁兼容性要求制訂了約束條件.國際無線電干擾特別委員會(CISPR)是國際電工委員會(IEC)下屬的一個電磁兼容標準化組織,早在1934年就開展EMC標準的研究,下設六個分會.其中第六分會(SCC)主要負責制訂關于干擾測量接收機及測量方法的研究.CISPR16《無線電干擾和抗擾度測量設備規范》對電磁兼容性測量接收機、輔助設備的性能以及校準方法作出了詳細的要求.CISPR17《無線電干擾濾波器及抑制元件的抑制特性測量》制訂了濾波器的測量方法.CISPR22《信息技術設備的無線電搔擾限值和測量方法》規定了信息技術設備在0.15-1000MHz頻率范圍內產生的電磁搔擾限值.CISPR24《信息技術設備抗擾度限值和測量方法》規定了信息技術設備對外部搔擾信號的時域及頻域的抗搔擾性能要求.其中CISPR16、CISPR22及CISPR24構成了信息技術設備包括通信開關電源設備的電磁兼容性測試內容及測試方法要求.是目前通信開關電源電磁兼容性設計的最基本要求.IEC最近也出版了大量的基礎性電磁兼容標準.其中最有代表性的是IEC61000系列標準,規定了電子電氣設備的雷擊浪涌(SURGE)、靜電放電(ESD)、電快速瞬變脈沖群(EFT)、電流諧波、電壓跌落、電壓瞬變及短時中斷、電壓起伏和閃爍、輻射電磁場、由射頻電磁場引起的傳導搔擾抗擾度、傳導搔擾及輻射搔擾等的電磁兼容性要求.另外,美國聯邦委員會制訂的FCC15、德國電氣工程師協會制訂的VDC0871-1A1、VDE0971-2A2、VDE0878,都對通信設備的電磁兼容性提出了要求.我國對電磁兼容性標準的研究比較晚.采取的最主要的辦法是引進、消化、吸收.洋為中用是國內電磁兼容性標準的制訂的最主要的方法.1998年,信息產業部根據CISPR22、IEC61000系列標準及ITU-T 0.41標準,制訂了UD/T983-1998《通信電源設備電磁兼容性限值及測量方法》,詳盡的規定了通信電源設備包括通信開關電源的電磁兼容性的具體測試項目、要求及測試方法,為通信電源電磁兼容性的檢驗、達標并通過入網檢測明確了設計目標.國標也等同采用了相應的檢測明確了國際標準.如GB/T 17626.1-12系列標準等同采用了IEC61000系列標準;GB9254-1998《信息技術設備的無線電搔擾限值及測量方法》等同采用CISPR22;GB/T17618-1998《信息技術設備抗擾度限值和測量方法》等同采用CISPR24.開關電源引起電磁兼容性的原因

通信開關電源因工作在高電壓大電流的開關工作狀態下,其引起電磁兼容性問題的原因是相當復雜的.從整機的電磁兼容性講,主要有共阻抗耦合、線間耦合、電場耦合、磁場耦合電磁波耦合幾種.電磁兼容產生的三個要素為:搔擾源、傳播途徑及受搔擾體.共阻耦合主要是搔擾源與受搔擾體在電氣上存在的共同的阻抗,通過該阻抗使搔擾信號進入受搔擾對象.線間耦合主要是產生搔擾電壓及搔擾電流的導線或PCB線,因并行布線而產生的相互耦合.電場耦合主要是由于電位差的存在,產生的感應電場對受搔擾體產生的耦合.磁場耦合主要是大電流的脈沖電源線附近,產生的低頻磁場對搔擾對象產生的耦合.而電磁場耦合,主要是由于脈動的電壓或電流產生的高頻電磁波,通過空間向外輻射,對相應的受搔擾體產生的耦合.實際上,每一種耦合方式是不能嚴格區分的,只是側重點不同而已.在開關電源中,主功率開關管在很高的電壓下,以高頻開關方式工作,開關電壓及開關電流的接近方波,從頻譜分析知,方波信號含有豐富的高次諧波,該高次諧波的頻譜可達方波頻率的1000次以上.同時,由于電源變壓器的漏電感及分布電容,以及主功率開關器件的工作狀態非理想,在高頻開或關時,常常產生高頻高壓的尖峰諧波振蕩,該諧波振蕩產生的高次諧波,通過開關管與散熱器間的分布電容傳入內部電路或通過散熱器及變壓器向空間輻射.用于整流及續流二級管,也是產生高頻搔擾的一個重要原因.因整流及續流二極管工作在高頻開關狀態,由于二極管的引線寄生電感、結電容的存在以及反向恢復電流的影響,使之工作在很高的電壓及電流變化率下,且產生高頻振蕩.因整流及續流二極管一般離電源輸出線較近,其產生的高頻搔擾最容易通過直流輸出線傳出.通信開關電源為了提高功率因數,均采用了有源功率因數效正電路.同時,為了提高電路的效率及可靠性,減小功率器件的電應力,大量的采用了軟開關技術.其中零電壓、零電流或零電流開關技術應用最為廣泛.該技術極大的降低了開關器件所產生的電磁搔擾.但是,軟開關無損吸收電路,多數利用L、C進行能量轉移,利用二極管的單向導電性能實現能量的單向轉換,因而,該諧振電路中的二極管成為電磁搔擾的一大搔擾源.通信開關電源中,一般利用儲能電感及電容器,組成L、C濾波電路,實現對差模及共模搔擾信號的濾波,以及交流方波信號轉換為平滑的直流信號.由于電感線圈的分布電容,導致了電感線圈的自諧振頻率降低,從而使大量的高頻搔擾信號穿過電感線圈,沿交流電源線或直流輸出線向外傳播.濾波電容器,隨著搔擾信號頻率的上升,由于引線電感的作用,導致電容量及濾波效果不斷的下降,直至諧振頻率以上時,完全失去電容器的作用而變為感性.不正確的使用濾波電容及引線過長,也是產生電磁搔擾的一個原因.通信開關電源由于功率密度高、智能化程度高,帶MCU微處理器,因而,從高至近千伏的電壓信號,到低至幾伏的電壓信號;從高頻的數字信號,至低頻的模擬信號,電源內部的場分布相當復雜.PCB布線不合理、結構設計不合理、電源線輸入濾波不合理、輸入輸出電源線布線不合理及CPU、檢測電路的設計不合理,均會導致系統工作的不穩定或如靜電放電、電快速瞬變脈沖群、雷擊、浪涌及傳導搔擾、輻射搔擾及輻射電磁場抗擾性能力的降低.電磁兼容性研究及解決方法

電磁兼容性的研究,一般運用CISPR16及IEC61000中規定的電磁場檢測儀器及各種搔擾信號模擬器、輔助設備,在標準測試場地或實驗室內部,通過詳盡的測試分析、結合對電路性能的理解與改進來進行分析研究.從電磁兼容性的三要素講,要解決開關電源的電磁兼容性,可從三個方面入手.第一:減小搔擾源產生的搔擾信號.第二:切斷搔擾信號的傳播途徑.第三,增強受搔擾體的抗搔擾能力.在解決開關電源內部的兼容性時,可以綜合運用上述三個方法,以成本效益比及實施的難易性為前提.因而,開關電源產生的對外搔擾,如電源線諧波電流、電源線傳導搔擾、電磁場輻射搔擾等,只能用減小搔擾源的方法來解決.一方面,可以增強輸入輸出濾波電路的設計,改善APFC電路的性能,減小開關管及整流續流二極管的電壓電流變化率,采用各種軟開關電路拓撲及控制方式等.另一方面,加強機殼的屏蔽效果,改善機殼的縫隙泄漏,并進行良好的接地處理.而對外部的抗搔擾能力,如浪涌、雷擊應優化交流輸入及直流輸出端口的防雷能力,通常,對1.2/50us開路電壓及8/20US短路電流的組合雷擊波形,因能量較小,采用氧化鋅壓敏電阻與氣體放電管等的組合方法來解決.對于靜電放電,通常在通信端口及控制端口的小信號電路中,采用TVS管及相應的接地保護、加大小信號電路與機殼等的電距離來解決或選用具有抗靜電搔擾的器件.快速瞬變信號含有很寬的頻譜,很容易以共模的方式傳入控制電路內,采用防靜電相同的方法并減小共模電感的分布電容、加強輸入電路的共模信號濾波(加共模電容或插入損耗型的鐵氧體磁環等)來提高系統的抗擾性能.減小開關電源的內部搔擾,實現其自身的電磁兼容性,提高開關電源的穩定性及可靠性,應從以下幾方面入手:注意數字電路與模塊電路PCB布線的正確分區、數字電路與模擬電路單點的接地、大電流電路與小電流特別是電流電壓取樣電路的單點接地以減小共阻搔擾、減小地環的影響、布線時注意相鄰線間的間距及信號性質,避免產生串擾、減小高壓大電流回路特別是變壓器原邊與開關管、電源濾波電容回路所包圍的面積,減小輸出整流回路及續流二極管回路與直流濾波器所包圍的面積,減小變壓器的漏電、濾波電感的分布電容、運用諧振頻率高的濾波電容器等.MCU與液晶顯示器的數據線、地址線工作頻率較高,是產生輻射發射的主要搔擾源:小信號電路是抗外界搔擾的最薄弱環節,適當的增設提高抗搔擾能力的TVS及高頻電容、鐵氧體磁珠等元器件,以提高小信號電路的抗搔擾能力;與機殼距離較近的小信號電路,應加適當的絕緣體耐壓處理等.功率器件的散熱器、主變壓器的電磁屏蔽層要適當的接地,綜合考濾各種接地措施,有助于提高整機的電磁兼容性.各控制單元間的大面積接地用接地板屏蔽,可以改善開關電源內部工作的穩定性.整流器的機架上,要考慮各整流器間的電磁耦合、整機地線布置、交流輸入中線、地線及直流地線、防雷地線間的正確關系、電磁兼容級的正確分配等.開關電源對內、外的搔擾及抗搔擾中,共模信號與開關器件的工作方式、散熱器的安裝及整機PCB板與機殼的連接有相當復雜的關系,共模信號在一定的條件下又可轉變成差模信號.解決共模搔擾最簡單的方法是解決好各電路單元與整機端口、機殼間的問題.整機屏蔽難以實施且成本較高,在無可賴何的情況下才采用該措施.國內通信開關電源的電磁兼容性改進現狀

自YD/T983標準開始起草以來,國內通信電源制造商紛紛開始電磁兼容性的研究.由于電磁兼容性測試儀器、試驗場地建設費用很高,且需要有經驗的研發人員,很多制造商不能有自己的試驗室,對電磁兼容性的研究造成了一定的困難.YD/T983標準中,抗擾度指標選用了國外標準中較低等級.除雷擊浪涌、ESD及EFT指標外,其它抗擾度指標均比較容易達到要求.電磁搔擾指標如傳導搔擾及輻射搔擾指標,由于很難滿足標準的要求,是目前電磁兼容性研究的熱點內容.國內只有極少數的廠家可以完全達到相關的標準的要求.中興通信建立了自己的電磁兼容性試驗室,在通信開關電源研發的初期,就致力于電磁兼容性的研究工作.其通信開關電源的前級運用最先進的有源功率因數校正技術加無損吸收電路,后級DC-DC采用零電壓零電流(ZVZCS)相移諧振軟開關技術或雙管正激無損吸收軟開關技術,通過專業的電源輸入輸出濾波器設計及防雷設計,以及對整機的安全性、數字接口電路的抗靜電設計及抗快速瞬變脈沖群設計,對整機結構洽到好處的電磁靜電設計及抗快速瞬變脈沖群設計,對整機結構洽到好處的電磁屏蔽設計,不僅使整機內部的電磁環境良好,工作穩定,可靠性提高,也使通信開關電源對外的電流諧波、電起伏和閃爍、傳導搔擾及輻射搔擾達到或超過CISJPR22標準規定的A級要求.使輸入交流電源線能夠承受至少±6KV(1.2/50us與8/20us的綜合波)浪涌電壓搔擾、直流電源線能夠承受至少±2KV的浪涌電壓;整機外部能夠承受至少±8KV的靜電放電及3V/M的高頻電磁場搔擾,300A/M的工頻磁場搔擾.寬廣的交流輸入電壓范圍,使整機的電壓跌落、電壓瞬變及電壓短時中斷等搔擾過后,開關電源能夠正常工作.專業的采集全國各地的電網搔擾電壓,均在中興開關電源上經過驗證分析.中興通信系列開關電源的電磁兼容性指標,已完全滿足并超過了YD/T983-1998《通信開關電源設備電磁兼容性要求及測量方法》中所規定的所有項目的指標,部分產品已通過CE認證及FCC認證中的全部電磁兼容性指標,是真正的環保型通信開關電源.特別適合于移動基站、程控交換設備、IP電話、有線電視等數據通信傳輸設備以及鐵路、水電、火電站等強的電磁場搔擾的場合使用.

第五篇：開關電源的電磁兼容性技術

開關電源的電磁兼容性技術 引言

電磁兼容是一門新興的跨學科的綜合性應用學科。作為邊緣技術，它以電氣和無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。電磁兼容技術應用的范圍很廣，幾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。其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。

電磁兼容的英文名稱為Electromagnetic Compatibility，簡稱EMC。所謂電磁兼容是指設備（分系統、系統）在共同的電磁環境中能一起執行各自功能的共存狀態。這里包含兩層意思，即它工作中產生的電磁輻射要限制在一定水平內，另外它本身要有一定的抗干擾能力。這便是設備研制中所必須解決的兼容問題。電磁兼容技術涉及的頻率范圍寬達0 GHz ~400GHz，研究對象除傳統設備外，還涉及芯片級，直到各種艦船、航天飛機、洲際導彈甚至整個地球的電磁環境。

電磁兼容三要素是干擾源（騷擾源）、耦合通路和敏感體。切斷以上任何一項都可解決電磁兼容問題，電磁兼容的解決常用的方法主要有屏蔽、接地和濾波。2 電磁兼容技術名詞（1）電磁兼容性

電磁兼容性是指設備或者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。（2）電磁騷擾

電磁騷擾是指任何可能引起設備、裝備或系統性能降低或者對有生命或者無生命物質產生損害作用的電磁現象。電磁騷擾可引起設備、傳輸通道或系統性能的下降。它的主要要素有自然和人為的騷擾源、通過公共地線阻抗/內阻的耦合、沿電源線傳導的電磁騷擾和輻射干擾等。電子系統受干擾的路徑為：經過電源，通過信號線或控制電纜、場滲透，經過天線直接進入；通過電纜耦合，從其他設備來的傳導干擾；電子系統內部場耦合；其他設備的輻射干擾；電子設備外部耦合到內部場；寬帶發射機天線系統；外部環境場等（3）電磁環境

電磁環境是一種明顯不傳送信息的時變電磁現象，它可能與有用信號疊加或組合。（4）電磁輻射

電磁輻射是指電磁波由源發射到空間的現象。“電磁輻射”一詞的含義有時也可引申，將電磁感應現象也包含在內。RFI/EMI可以通過任何一種設備機殼的開口、通風孔、出入口、電纜、測量孔、門框、艙蓋、抽屜和面板以及機殼的非理想連接面等進行輻射。RFI/EMI也可由進入敏感設備的導線和電纜進行輻射，任何一個良好的電磁能量輻射器也可以作為良好的接收器。（5）脈沖

脈沖是指在短時間內突變，隨后又迅速返回至其初始值的物理量。（6）共模干擾和差模干擾

電源線上的干擾有共模干擾和差模干擾兩種方式。共模干擾存在于電源任何一相對大地或電線對大地之間。共模干擾有時也稱縱模干擾、不對稱干擾或接地干擾。這是載流導體與大地之間的干擾。差模干擾存在于電源相線與中線及相線與相線之間。差模干擾也稱常模干擾、橫模干擾或對稱干擾。這是載流導體之間的干擾。共模干擾提示了干擾是由輻射或串擾耦合到電路中的，而差模干擾則提示了干擾是源于同一條電源電路。通常這兩種干擾是同時存在的，由于線路阻抗的不平衡，兩種干擾在傳輸中還會相互轉化，所以情況十分復雜。干擾經長距離傳輸后，差模分量的衰減要比共模大，這是因為線間阻抗與線-地阻抗不同的緣故。出于同一原因，共模干擾在線路傳輸中還會向鄰近空間輻射，而差模則不會，因此共模干擾比差模更容易造成電磁干擾。不同的干擾方式要采取不同的干擾抑制方法才有效。判斷干擾方法的簡便方法是采用電流探頭。電流探頭先單獨環繞每根導線，得出單根導線的感應值，然后再環繞兩根導線（其中一根是地線），探測其感應情況。如感應值是增加的，則線路中干擾電流是共模的；反之則是差模的。（7）抗擾度電平和敏感性電平

抗擾度電平是指將某給定的電磁騷擾施加于某一裝置、設備或者系統并使其仍然能夠正常工作且保持所需性能等級時的最大騷擾電平。也就是說，超過此電平時該裝置、設備或者系統就會出現性能降低。而敏感性電平是指剛剛開始出現性能降低的電平。所以，對某一裝置、設備或者系統而言，抗擾度電平與敏感性電平是同一數值。（8）抗擾度裕量

抗擾度裕量是指裝備、設備或者系統的抗擾度電平限值與電磁兼容電平之間的插值。3 開關電源的電磁兼容性

開關電源因工作在高電壓大電流的開關工作狀態下，引起電磁兼容性問題的原因是相當復雜的。從整機的電磁性講，主要有共阻抗耦合、線間耦合、電場耦合、磁場耦合及電磁波耦合幾種。共阻耦合主要是騷擾源與受騷擾體在電氣上存在的共同阻抗，通過該阻抗使騷擾信號進入受騷擾體。線間耦合主要是產生騷擾電壓及騷擾電流的導線或 PCB線因并行布線而產生的相互耦合。電場耦合主要是由于電位差的存在，產生感應電場對受騷擾體產生的場耦合。磁場耦合主要是指在大電流的脈沖電源線附近，產生的低頻磁場對騷擾對象產生的耦合。電磁場耦合主要是由于脈動的電壓或電流產生的高頻電磁波通過空間向外輻射，對相應的受騷擾體產生的耦合。實際上，每一種耦合方式是不能嚴格區分的，只是側重點不同而已。在開關電源中，主功率開關管在很高的電壓下，以高頻開關方式工作，開關電壓及開關電流均接近方波，從頻譜分析知，方波信號含有豐富的高次諧波。該高次諧波的頻譜可達方波頻率的1000次以上。同時，由于電源變壓器的漏電感及分布電容以及主功率開關器件的工作狀態非理想，在高頻開或關時，常常產生高頻高壓的尖峰諧波震蕩。該諧波震蕩產生的高次諧波，通過開關管與散熱器間的分布電容傳入內部電路或通過散熱器及變壓器向空間輻射。用于整流及續流的開關二極管，也是產生高頻騷擾的一個重要原因。因整流及續流二極管工作在高頻開關狀態，二極管的引線寄生電感、結電容的存在以及反向恢復電流的影響，使之工作在很高的電壓及電流變化率下，且產生高頻震蕩。整流及續流二極管一般離電源輸出線較近，其產生的高頻騷擾最容易通過直流輸出線傳出。開關電源為了提高功率因數，均采用了有源功率因數校正電路。同時，為了提高電路的效率及可靠性，減少功率器件的電應力，大量采用了軟開關技術。其中零電壓、零電流或零電壓/零電流開關技術應用最為廣泛。該技術極大的降低了開關器件所產生的電磁騷擾。但是，軟開關無損吸收電路多數利用L、C進行能量轉移，利用二極管的單向導電性能實現能量的單向轉換，因此，該諧振電路中的二極管成為電磁騷擾的一大騷擾源。

開關電源一般利用儲能電感及電容器組成L、C濾波電路，實現對差模及共模騷擾信號的濾波。由于電感線圈的分布電容，導致了電感線圈的自諧振頻率降低，從而使大量的高頻騷擾信號穿過電感線圈，沿交流電源線或直流輸出線向外傳播。濾波電容器隨著騷擾信號頻率的上升，引線電感的作用導致電容量及濾波效果不斷的下降，甚至導致電容器參數改變，也是產生電磁騷擾的一個原因。4 電磁兼容性的解決方法

從電磁兼容的三要素講，要解決開關電源的電磁兼容性問題，可從三個方面入手：第一，減小騷擾源產生的騷擾信號；第二，切斷騷擾信號的傳播途徑；第三，增強受騷擾體的抗騷擾能力。在解決開關電源內部的兼容性時，可以綜合利用上述三個方法，以成本效益比及實施的難易性為前提。因而，開關電源產生的對外騷擾，如電源線諧波電流、電源線傳導騷擾、電磁場輻射騷擾等只能用減小騷擾源的方法來解決。一方面，可以增強輸入/輸出濾波電路的設計，改善APFC電路的性能，減小開關管及整流、續流二極管的電壓、電流變化率，采用各種軟開關電路拓撲及控制方式等；另一方面，加強機殼的屏蔽效果，改善機殼的縫隙泄漏，并進行良好的接地處理。而對外部的抗騷擾能力（如浪涌、雷擊）應優化交流電輸入及直流輸出端口的防雷能力。通常，對1.2/50?s開路電壓及8/20?s短路電流的組合雷擊波形，因能量較小，通常采用氧化鋅壓敏電阻與氣體方電管等的組合方法來解決。對于靜電放電，通常在通信端口及控制端口的小信號電路中，采用TVS管及相應的接地保護、加大小信號電路與機殼等的電距離來解決或選用具有抗靜電騷擾的器件。快速瞬變信號含有很寬的頻譜，很容易以共模的方式傳入控制電路內，采用與防靜電相同的方法并減小共模電感的分布電容、加強輸入電路的共模信號濾波（加共模電容或插入損耗型的鐵氧體磁環等）來提高系統的抗擾性能。

減小開關電源的內部騷擾，實現其自身的電磁兼容性，提高開關電源的穩定性及可靠性，應從以下幾個方面入手：①注意數字電路與模塊電路PCB布線的正確分區；②數字電路與模擬電路電源的去耦；③數字電路與模擬電路單點接地、大電流電路與小電流特別是電流電壓取樣電路的單點接地以減小共阻騷擾，減小地環地影響，布線時注意相鄰線間的間距及信號性質，避免產生串擾，減小輸出整流回路及續流二極管回路與支流濾波電路所包圍的面積，減小變壓器的漏電、濾波電感的分布電容，運用諧振頻率高的濾波電容器等。5 濾波器結構

濾波是一種抑制傳導干擾的方法。例如，在電源輸入端接上濾波器，可以抑制來自電網的噪聲對電源本身的侵害，也可以抑制由開關電源產生并向電網反饋的干擾。電源濾波器作為抑制電源線傳導干擾的重要單元，在設備或系統的電磁兼容設計中具有極其重要的作用。它不僅可以抑制傳輸線上的傳導干擾，同時對傳輸線上的輻射發射也具有顯著的抑制效果。在濾波電路中，選用穿心電容、三端電容、鐵氧體磁環，能夠改善電路的濾波特性。進行適當的設計或選擇合適的濾波器，并正確的安裝濾波器是抗干擾技術的重要組成部分。在交流電輸入端加裝的電源濾波器電路如圖1所示。圖中Ld、Cd用于抑制差模噪聲，一般取Ld為100 mH-700mH，Cd取1?F-10?F。Lc、Cc用于抑制共模噪聲，可根據實際情況加以調整。所有電源濾波器都必須接地（廠家特別說明允許不接地的除外），因為濾波器的共模旁路電容必須在接地時才起作用。一般的接地方法是除了將濾波器與金屬外殼相接之外，還要用較粗的導線將濾波器外殼與設備的接地點相連。接地阻抗越低，濾波效果越好。濾波器盡量安裝在靠近電源入口處。濾波器的輸入及輸出端要盡量遠離，避免干擾信號從輸入端直接耦合到輸出端。

如在電源輸出端加輸出濾波器、加裝高頻電容、加大輸出濾波電感的電感量及濾波電容的容量，則可以抑制差模噪聲。如果把多個電容并聯，則效果會更好。6 EMI濾波器選用與安裝

開關電源EMI濾波器中的4只電容器用了兩種不同的下標“x”和“y”，不僅說明了它們在濾波網絡中的作用，還表明了它們在濾波網絡中的安全等級。無論是選用還是設計EMI濾波器，都要認真的考慮Cx和Cy的安全等級。在實際應用中，Cx電容接在單相電源線的L和N之間，它上面除加有電源額定電壓外，還會疊加L和N之間存在的EMI信號峰值電壓。因此，要根據EMI濾波器的應用場合和可能存在的EMI信號峰值，正確選用適合安全等級的Cx電容器。Cy電容器是接在電源供電線L、N與金屬外殼（E）之間的，對于220V、50Hz電源，它除符合250V峰值電壓的耐壓要求外，還要求這種電容器在電氣和機械性能方面具有足夠的安全裕量，以避免可能出現的擊穿短路現象。7 結語

在開關電源設計中，為了少走彎路和節省時間，應充分考慮并滿足抗干擾性的要求，避免在設計完成后去進行抗干擾的補救措施。