第一篇：電磁兼容濾波器培訓教材

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埃德電磁

上海埃德電磁技術有限公司電磁兼容/濾波器知識培訓

第一部分

電磁兼容基礎知識

1.1 電磁兼容的定義

Electromagnetic Compatibility—EMC，作為一門學科來說，譯為“電磁兼容”，而對于設備或系統的性能指標來說，應譯為“電磁兼容性”。按IEC的定義：電磁兼容是設備的一種能力，它在其電磁環境中能完成它的功能，且不至于在其環境中產生不允許的干擾。1.2 電磁兼容的理論基礎和實用領域

電磁兼容學科包含的內容十分廣泛，實用性很強。電磁兼容學科涉及的理論基礎包括數學、電磁場理論、天線與電波傳播、電路理論、信號分析、通信理論、材料科學等，所涉及實用領域包括電力、通信、電源、交通、航空航天、計算機、醫療、電子儀器設備、家用電器等，所以說電磁兼容學科是一門尖端的綜合性學科，同時又與現代工業和質量控制緊密相聯。1.3 電磁環境的發展

在人類尚未使用電能以前，地球上就存在自然界產生的電磁現象，如雷電、宇宙射線等。1866年，第一臺發電機發明，從此利用電能工作的電氣設備越來越多。1889年，赫茲首創了天線，并第一次將電磁波輻射到自由空間，同時又成功的接收到電磁波，用試驗證明了電磁波的存在。進入20世紀，隨著科學技術的發展，大量技術含量高、內部結構復雜的電工電子產品得到廣泛應用。60年代以來，隨著通信、廣播等無線電事業的發展，以及電子元件集成技術的飛速發展，電磁環境急劇復雜。人類在享受高科技帶來的便利的同時，也帶來了電磁 1 AERODEV?

埃德電磁 環境不斷惡化的后果，對電工電子產品的安全與可靠性產生了很大的影響和危害。由于電磁干擾導致電子產品性能下降甚至無法正常工作的現象時有發生，嚴重的可造成質量事故、設備損壞以及其他事故。因此，保護電磁環境，防止雜散電磁波的干擾已經引起世界各國和相關國際組織的普遍關注。1.4 電磁干擾的危害

電磁輻射能量對人類活動有三大危害：一是破壞或降低電子設備的工作性能。如電磁干擾中的尖峰電壓常使晶體管發射極和集電極擊穿和燒穿短路。晶體管在射頻電磁波照射下，還能吸收足夠的能量使結溫升高，造成二次擊穿。電磁波通過電爆裝置的控制線路，感應耦合形成干擾電流可引爆。另電磁波還會影響設備工作的精度，甚至引起設備的誤動作。二是引起危險品的爆發，造成人身傷亡與經濟損失。這主要是指直接照射、電火花點燃和靜電放電引起的燃油事故。三是對人體健康的危害。電磁輻射對人體的危害表現為熱效應和非熱效應兩方面。電磁輻射通過對細胞加熱增加血液的流通和發熱，并使外部神經末梢受到熱刺激作用而產生病理、生理和神經反應稱為熱效應。如眼睛的晶狀體由于含有較多水分，但血管少，不易帶走熱量，在1-3G的射頻照射下，容易出現水腫，使晶體渾濁形成白內障，甚至是失明。在微波輻射作用下，睪丸會由于發熱升溫而引起暫時或永久性不育癥。其他如大腦、皮膚和血液也是對電磁輻射比較敏感的人體器官和組織。在適當頻率和強度的磁場中，血液特征的微小變化、染色體結構的異變、蛋白質分子運動、定位和極化，稱為非熱效應，其作用機理目前尚未完全了解，但確實存在危害。1.5 電磁兼容技術的發展

1881年英國科學家希維賽得發表“論干擾”一文，標志著研究干擾問題的 2 AERODEV?

埃德電磁 開端。1889年英國郵電部門研究通信中的干擾問題，使干擾問題的研究開始走向工程化和產業化。進入20世紀，由于電子電氣技術的發展和應用，特別是隨著通信、廣播等無線電事業的發展，使人們認識到有必要對各種電磁干擾進行抑制，特別是發達國家格外重視控制干擾，并成立了國家級和國際間的組織，如VDE、IEC、CISPR等。40年代，首次提出了電磁兼容（EMC）的概念，使電磁干擾問題由單純的排除干擾逐步發展成為理論上、技術上全面控制用電設備在其電磁環境中正常工作能力保證的系統工程。在這一階段，電磁兼容學科得到較快發展。在闡述電磁干擾產生的原因、分清干擾的性質、研究干擾傳輸及耦合的機理、提出抑制電磁干擾的措施、制定電磁兼容標準和規范、建立電磁兼容試驗和測量體系等方面，取得了大量的成果。1944年，VDE制訂了世界上第一個電磁兼容性規范VDE0878。70年代以來，電磁兼容技術逐漸成為非常活躍的學科領域之一，較大規模的國際性電磁兼容學術會議每年都召開一次。其間，電磁兼容的專業雜志、系統性的論著、電磁兼容手冊不斷推出，廣泛應用于工程設計。到80年代，發達國家在電磁兼容研究和應用方面達到了很高的水平，主要成果為電磁兼容標準和規范、分析設計和預測、試驗測量、開發屏蔽導電材料、培訓教育和管理。90年代，電磁兼容性工程已經從事后檢測處理發展到預先分析評估、預先檢驗、預先設計。電磁兼容認證達標已經由一個國家范圍發展到一個地區或一個貿易聯盟統一采取的行動。如歐共體12國和歐洲貿易聯盟的北歐6國，從1996年1月1日開始，宣布實行電磁兼容許可證制度，使得電磁兼容認證與安全認證處于同等重要的地位。可以預見，在21世紀，電磁兼容學科將獲得更加迅速的發展，將得到全人類的重視。

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埃德電磁 1.6 國際電磁兼容標準現狀

隨著電工技術和電力電子技術在各行業、各領域中的廣泛應用，以及對電磁環境要求的日益提高，電磁兼容已經成為一個在國際上被普遍關注的問題。研究電磁兼容技術的國際組織很多，如國際大電網會議CIGRE、國際供電會議CIRDE、電子電氣工程師會議IEEE、國際電工委員會IEC、國際發供電聯盟UNIDEDE、國際電報電話咨詢委員會CCITT、國際無線電通訊咨詢委員會CCIR、國際通訊聯盟ITU、國際電熱聯盟UIE等，而從事國際電磁兼容標準工作的有國際標準化組織ISO和國際電工委員會IEC。

在IEC中，專門從事電磁兼容標準化工作的主要是第77技術委員會TC77和國際無線電干擾特別委員會CISPR。其中CISPR最初關心的主要是廣播接收頻段的無線電干擾問題，近年又涉及信息技術、工、科、醫、高壓架空線路和高壓設備之間的電磁兼容，工作頻率多在9KHz到18GHz，相應也開展一些抗擾度標準研究。CISPR的標準名稱是“出版物（Publication）”，目前已經出版的從CISPR11到CISPR24。而TC77最初關心低壓電網系統的EMC標準，工作頻率多在9KHz以下，近兩年擴展到整個EMC所涉及的產品。IEC的標準稱為“國際標準（International Standard）。需重點指出的是，IEC出版的IEC61000系列標準（原IEC1000和IEC801系列），是近年來IEC出版的所包含內容最為豐富的一個系列出版物。截止1997年2月止，已出版的國際標準、技術報告共計30篇，正在討論或將要出版的共有23篇，還有若干篇正在準備之中。IEC61000系列包括總論、環境、限值、試驗和測量技術、安裝和調試、通用標準、電能質量等，其中IEC61000-4是目前國際上比較完整和系統的抗擾性基礎標準，對其他EMC標準的制訂有著重大影響。其試驗方法、試驗等級和測量技 4 AERODEV?

埃德電磁 術形成了評估電工、電子產品的抗干擾能力的產品質量認證的依據。1.7我國電磁兼容標準工作進展

八十年代以來，我國對電磁兼容標準化工作給予高度重視，在組織、標準制訂、標準的實施監督等方面采取了一系列措施。1986年成立了全國無線電干擾標準化技術委員會（全國無干委），并先后對應IEC/CISPR建立了8個分會。到1996年底，我國已發布47個電磁兼容國家標準，其中32個強制，15個推薦。其中大部分等同等效采用國際標準，少部分非等效，個別標準是根據我國情況指定的。1994年，為全面規劃和推進我國電磁兼容標準的制、修訂工作，促進國內電磁兼容技術進步和改善電磁環境，在全國無干委和國內TC77歸口工作基礎上，及時成立了全國電磁兼容標準化聯合工作組，全面規劃了以IEC61000系列為主的電磁兼容標準體系和具體項目，目前正在制、修訂的電磁兼容國家標準共有23項。我國電磁兼容國家標準工作的有效開展，對我國電磁兼容技術（標準）與國際接軌、電子電氣產品質量的提高以及電磁兼容認證工作的開展創造了有利的環境。

1.8 電磁兼容認證現狀

鑒于電磁干擾的危害性，從70年代開始，電磁兼容認證工作越來越引起重視。國際上研究電磁兼容技術與標準，基本上包括電磁干擾和抗擾度兩大方面。前者要求電氣電子設備產生的干擾不能超過某一電平，以使與其在同一電磁環境內的無線電、電信設備和其他一般電氣電子設備都能按其本身的功能正常工作而不受干擾。而后者要求電氣電子設備具有適當的抗干擾能力，使設備在復雜電磁環境下能依其本身的性能運行。電磁干擾和抗擾度是處理電磁現象矛盾的兩個方面，必須雙方采取措施，以求最佳保護環境和保證設備可正常可靠工作。因此，5 AERODEV?

埃德電磁 相應的標準都應強制實行，開展認證工作。

目前，在大多數發達國家都已開展了電磁兼容認證工作，部分發展中國家也在著手建立本國的電磁兼容認證制度。在標準和認證領域，按區域劃分較活躍的主要是歐洲、亞太和北美地區。其中歐共體作為主要的經貿區域，率先以歐共體指令（89/336/EEC）的形式規定所有電氣電子產品除獲電氣安全認證外，同時還必須通過電磁兼容標準符合性檢測，并據此獲取“CE”標志，才能進入歐共體市場。另外美國FCC、德國VDE和TUV、日本VCCI在本國范圍內也承擔著相應的電磁兼容認證工作。

在我國，電磁兼容認證作為我國產品認證工作中計劃開拓的新技術領域，在各有關部門的支持和專家門的共同努力下，近年有了明顯進展。首先，在法規上，我國已形成產品認證的法規體系，全國人大、國務院和國家技術監督局已經頒布了若干法律和規章條例，使電磁兼容認證工作有法可依。第二，在標準制訂上，我國已發布47個電磁兼容國家標準，其中32個為強制執行。可以說，從標準上我國已具有啟動電磁兼容認證的條件。第三，在電磁兼容檢測機構條件上，我國現在已有許多電磁兼容實驗室，部分具有相當水平，并配備有先進的進口儀器和具有一定專業素質的技術人員，其中少量已經得到國際有關組織的認可。第四，在產品質量現狀上，隨著電磁兼容技術的逐步普及，我國電氣電子產品大部分已經進行了電磁兼容設計，信息技術設備、電動工具、家用電器、照明電器等領域多年來也對產品進行了大量的檢測工作。應該說，我國電氣電子產品是具有一定電磁兼容基礎的，電磁兼容認證的強制實行，是對我國電氣電子產品質量的極大促進，有利于企業參于國際市場的競爭。同時，電磁兼容認證的強制實行，對提供電磁兼容產品和服務的企業來說，也是很好的市場開拓機會。

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第二部分 濾波器基礎知識

2.1 濾波器的定義

濾波技術的基本用途是選擇信號和抑制干擾，為實現這兩大功能而設計的網絡稱為濾波器。2.2濾波器的分類

現代電子設備中，廣泛的用到各式各樣的濾波器。從不同的角度，可將濾波器分為不同的類別。如：

（1）按濾波器對頻率的選擇性能來劃分，可分為低通、高通、帶通、帶阻四種濾波器；

（2）按頻段來分，可分為低頻、高頻、甚高頻、超高頻和微波濾波器；（3）按網絡中是否含有能源來分，可分為有源和無源濾波器；

（4）按組成濾波器的元件特性來分，可分為LC濾波器、晶體濾波器、機械濾波器、陶瓷濾波器、螺旋濾波器等。

（5）按濾波器的應用特點來分，可分為EMI濾波器和信號選擇濾波器兩大類。2.3 電源EMI濾波器簡介

電源EMI濾波器是一種低通濾波器，它毫無衰減的把直流、50Hz或400Hz的電源功率傳輸到設備上，卻能大大衰減經電源傳入的EMI信號，保護設備免受危害。同時又能有效地防止設備本身產生的EMI信號進入電網，污染電磁環境，危害其他設備。電源EMI濾波器是幫助電子設備和系統滿足有關電磁兼容標準的有效手段。EMI是指電磁干擾，英文為Electromagnetic Interference.2.3 電源EMI濾波器主要技術參數（1）網絡結構和元件參數

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埃德電磁 電源EMI濾波器的網絡結構有很多種類，常用的有L型、?型、?型、T型等。不同型的網絡結構還有對應于共模和差模的不同應用組合。以單相電源EMI濾波器為例，其基本網絡結構如圖所示。它是由集中參數元件構成的無源網絡，最外面有金屬屏蔽外殼。在該網絡中，有電感L1和L2、電容Cx、Cy1和Cy2。電感L1和L2成為共模電感，其與電容Cy1和Cy2分別構成L-E和N-E兩對獨立端口的低通濾波器，用來抑制共模干擾信號。而電感L1和L2之差成為差模電感，其與電容Cx構成L-N獨立端口的低通濾波器，用來抑制差模干擾信號。關于共模和差模干擾信號，我們將在插入損耗一節中詳細介紹。

用戶可根據濾波器的網絡結構和元件參數，來選擇合適阻抗的濾波器，使濾波器和設備之間實現失配端接，以得到濾波器的最佳應用效果。（2）插入損耗

當未接濾波器時，接收機測得信號源的輸出電壓為Ei。當把EMI濾波器插入到信號源和接收機之間后，在靠近濾波器輸出端口處測得信號源的輸出電壓為Eo。如果信號源的輸出阻抗等于接收機的輸入阻抗，則EMI濾波器的插入損耗為：IL=20lg(E1/E2)，單位為dB。

在這里，我們首先要了解干擾信號的組成。EMI信號對電子設備的影響，如圖所示。其中把相線（L）與地（E）和中線（N）與地（E）之間存在的EMI信號稱為共模干擾信號（或不對稱干擾信號），即附圖1中的電壓U1和U2。對L、N線而言，共模干擾信號可視為在L線和N線上傳輸的電位相等，相位相同的噪音信號。把L與N之間存在的干擾信號稱為差模干擾信號（或對稱干擾信號），即附圖1中的電壓U3。差模干擾信號可視為在L線和N線上有180度相位差的共模干擾信號。對任何電源線上的傳導干擾信號，都可用共模和差模干擾信號來 8 AERODEV?

埃德電磁 表示。

由于電源濾波器既能抑制共模干擾信號，又能抑制差模干擾信號，所以濾波器有共模插入損耗和差模插入損耗。在50?系統內測試共模插入損耗和差模插入損耗的原理示于附圖3。在測量共模插入損耗時，把濾波器電源端的L端和N端并在一起，信號源接在端子和E之間；濾波器負載端的L端和N端也并在一起，接收機接在端子和E之間，來測共模插入損耗（見（a）圖）。在測量共模插入損耗時，也可把濾波器電源端的L端和N端中，一端與E端之間接測試系統負載阻抗（如50?），另一端與E端之間接信號源；濾波器負載端的L端和N端中，也是一端與E端之間接測試系統負載阻抗（如50?），另一端與E端之間接接收機，來測共模插入損耗（見（b）圖）。在測量差模插入損耗時，分別在信號源端和接收機端采用1：1的寬頻帶隔離變壓器。它的作用是斷開EMI濾波器E端與信號源和接收機接地端的地回路，即進行不平衡—平衡，平衡—不平衡變換。把信號源接在濾波器的電源端L端和N端上，把接收機接在濾波器的負載端L端和N端上，來測量差模插入損耗。

關于EMI濾波器插入損耗的測試方法，參見CIPRI第17號出版物、MIL-STD-220A和GB7343。這些標準都規定，共模和差模插入損耗是在50?-75?間的某一阻值的系統內測量（絕大多數在50?系統內測量）。因為濾波器共模兩獨立端口L-E、N-E和差模端口L-N的輸入或輸出阻抗不是純電阻50?，而是在很大范圍內隨頻率變化的函數。有關標準中規定濾波器的插入損耗要在50?-75?間的某一阻值的系統內測量，是為用戶選擇濾波器提供一個統一的評價標準。但用戶要知道，廠家給出的插入損耗測量數據與實際應用得到的插入損耗數據是不相同的，因為實際使用時濾波器端接的不是50?純電阻。

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埃德電磁（3）額定電壓

額定電壓是電源EMI濾波器用在指定頻率的工作電壓。如用在50Hz/60Hz單相電源的濾波器，其額定電壓為250V。用在50Hz/60Hz三相電源的濾波器，其額定電壓為440V。

用于250V/50Hz的單相電源EMI濾波器也能用在120V/60Hz和115V/400Hz的電源內，用于4400V/50Hz的單相電源EMI濾波器也能用在210V/60Hz和200V/400Hz的電源內。（4）額定電流

額定電流是在額定電壓和指定溫度條件下，電源EMI濾波器所允許的最大連續工作電流。指定溫度條件，一般是指40?C，而在其他溫度下，濾波器的最大連續工作電流是環境溫度的函數，其曲線可從相關文獻中查到。但一般來說，濾波器的最大連續工作電流是環境溫度的正比例函數。因此，要根據濾波器應用的最惡劣的環境溫度來選擇濾波器的額定電流值，并要留取一定的安全余量。另外，要注意電源EMI濾波器額定電流的電源頻率。如濾波器用在250V/50Hz時的額定電流為6A，但用在115V/400Hz時，應降低濾波器的額定電流來使用。（5）泄漏電流

泄漏電流是指電源EMI濾波器，加載指定頻率的額定電壓后，斷開濾波器的E端和電源安全地的連接，這時E端到電源任一端的電流。

如果濾波網絡與濾波器外殼間的絕緣措施都正確無誤，則泄漏電流的大小取決于Cy電容量。由于泄漏電流的大小涉及人身安全，因此各國的安全標準都有嚴格的規定。（6）試驗電壓

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埃德電磁 試驗電壓試驗是在EMI濾波器的端子之間（線—線）或端子與地之間（線—地），在規定時間內施加規定電壓，以此來檢查濾波器相線間以及相-地見的安全性能要求。如果濾波器的各項絕緣措施都正確無誤，試驗電壓主要取決于電容的安全性能。

試驗電壓也是濾波器的一項重要安全指標，因此各國的安全標準對試驗方法、試驗電壓的頻率和幅值、試驗電壓的持續時間等都有嚴格的規定。（7）絕緣電阻

絕緣電阻是測量濾波器的絕緣部分（一般為線—地），在加載規定的電壓下，由于絕緣不理想產生漏電流而形成的電阻。它也是濾波器安全性能的一種度量方法。一般來說，有試驗電壓參數的EMI濾波器，不再提絕緣電阻指標，而是用試驗電壓來表征EMI濾波器的安全性能。（8）氣候等級

氣候等級指EMI濾波器的工作環境等級。按IEC規定，氣候等級用三個數字來表示。其中，第一個數字表示EMI濾波器的最低工作溫度，第二個數字表示EMI濾波器的最高工作溫度，第三個數字表示濾波器在質量認定時選擇穩態濕熱試驗的天數。

（9）其他技術參數

除了以上的主要技術參數，EMI濾波器還有其他一些技術參數，如： ?尺寸、重量和安裝方式； ?可焊性； ?引出端子強度； ?抗振動性能；

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埃德電磁 ?抗碰撞性能； ?放電特性； ?直流電阻； ?電壓降； ?功率損耗； ?溫升；

?滿負載時的濾波器外殼溫度； 等等。

2.4 電源EMI濾波器的選用

選擇電源EMI濾波器，首先要確保濾波器的額定參數與設備/系統想匹配，如額定電壓、額定電流、氣候等級等。其次是要保證濾波器的安全性能符合設備/系統的要求，如試驗電壓、泄漏電流、絕緣阻抗等。在保證額定參數和安全性能的前提下，應選取衰減性能盡可能好的濾波器，即選取插入損耗值高的濾波器。因為高的插入損耗意味著對EMI信號有更好的抑制能力。

當然，還有其他很多因素也是選擇電源EMI濾波器時必須考慮到的，如外形，連接方式、重量、機械性能等，同時成本也是一個很重要的決定因素。2.5 電源EMI濾波器的安全認證

一個電源EMI濾波器的價格，與通信、雷達等電子信息設備相比，是微不足道的。但它確是控制設備、系統EMI信號電平的關鍵設備。另外，EMI一般是接在設備電壓的入口處。這又引出兩個問題。一是一旦濾波器發生質量事故，輕則設備無法通電工作，中則因短路、打火等原因使設備嚴重損壞，重則危及操作人員的人身安全。另一方面，即使設備電源沒有接通，但濾波器卻是始終通電 12 AERODEV?

埃德電磁 的。綜合以上因素，EMI濾波器的安全性能、質量和可靠性是十分重要的。

EMI濾波器的安全性能、質量和可靠性主要取決于元器件的安全性能、設計思路、工藝水平和質控水平。現在，電源EMI濾波器是眾多國際安全認證機構的重要考核項目。比較著名的安全認證機構及其針對電源EMI濾波器的安全標準為：

UL—美國保險業研究所，UL1283-96;CSA—加拿大標準協會，CSA22.2No8;VDE—德國電器工程師協會,VDE0565 Part3。

雖說各安全認證機構針對電源EMI濾波器的安全標準各不相同，但標準中涉及的主要測試項目是基本一致的，這些項目有：泄漏電流、試驗電壓、溫升、過載、絕緣電阻、壽命試驗、放電特性，以及一些溫度濕度特性鑒定。2.6 電源EMI濾波器的安裝

最后必須提一下電源EMI濾波器的安裝問題。安裝對電源EMI濾波器的使用很重要。設計制造得很好的EMI濾波器，也可能因為安裝不當而降低它對EMI信號的抑制能力。所以，在安裝電源濾波器時，要注意以下幾點：

1.電源濾波器的外殼與設備地之間必須有良好的電氣連接。不要把濾波器安裝在絕緣材料板或噴漆表面上，要安裝在金屬機殼上。還要避免使用長接地線，這樣會大大增加接地電感和電阻從而嚴重降低濾波器的共模抑制能力。2.在捆扎設備電纜時，嚴禁將濾波器的輸入輸出電纜捆扎在一起。因為這樣加劇了濾波器輸入輸出之間的電磁耦合，嚴重破壞濾波器對EMI信號的抑制能力。3.不要將濾波器安裝在設備屏蔽的內部。因為這樣，設備內部電路及元件上的EMI信號會因輻射在濾波器的端引線上生成EMI信號而直接耦合到設備外面 13 AERODEV?

埃德電磁 去，使設備屏蔽喪失對內部電路和元件產生的EMI輻射的抑制。

4.建議利用設備原有的屏蔽，將濾波器的輸入輸出端有效的隔離開來，將濾波器輸入輸出端間可能存在的電磁耦合控制到最低程度。

第三部分 埃德電磁及其濾波器產品介紹（略）

第二篇：電磁兼容心得體會

電磁兼容大作業三

電磁兼容課學習心得

在本學期的學習中，我對電磁兼容在理論方面的理解程度大大加深，電磁兼容設計實際上就是針對電子產品中產生的電磁干擾進行優化設計，使之能成為符合各國或地區電磁兼容性標準的產品。EMC的定義是：在同一電磁環境中，設備能夠不因為其它設備的干擾影響正常工作，同時也不對其它設備產生影響工作的干擾。

1，主要學習內容

1、電磁干擾的危害主要體現在兩個方面：一是電氣、電子設備之間的相互影響；二是電磁污染對人體的影響。

2、電磁兼容研究的目的是為了消除或降低自然的和人為的電磁干擾，減少其危害，提高設備或系統的抗電磁干擾能力，保證設備或系統的電磁兼容性。

3、電磁兼容學科的主要研究內容：

1、電磁干擾特性及其傳播原理

研究電磁干擾特性及其傳播耦合理論是電磁兼容學最基本的的任務之一。

2、電磁危害及電磁頻譜管理

有效地管理、合理地利用電磁頻譜是電磁兼容的一項必要內容。

3、電磁干擾的工程分析方法及控制技術

電磁兼容控制技術始終是電磁兼容學科中最活躍的課題。

4、電磁兼容的設計方法 費效比的綜合考慮是電磁兼容性設計中的一項重要內容。

5、電磁兼容性測量和試驗技術

電磁兼容性測量和試驗是一項非常重要的工作，它是產品電磁兼容性的最終考核手段并且應當貫穿于產品開發、試制的整個過程。

6、電磁兼容標準和工程管理

電磁兼容性標準時電磁兼容件設計和試驗的依據。

7、電磁兼容分析和預測

電磁兼容分析和預測是合理的電磁兼容性設計的的基礎。

8、電磁脈沖及其防護

電磁脈沖的干擾及其防護已成為近年來電磁兼容學科的一個重要研究內容。

4、電磁兼容設計方法：

1、問題解決法

問題解決法是先研制設備，然后針對調試中出現的電磁干擾問題，采用各種電磁干擾抑制技術加以解決。

2、規范法

規范法是按頒布的電磁兼容性標準和規范進行設備或系統的設計制造。

3、系統法

系統法是利用計算機軟件對某一特定系統的設計方案進行電磁兼容性分析和預測。

3，對典型問題的體會

1、對振鈴電壓的抑制 由于變壓器的初級有漏感，當電源開關管V1由飽和導通到截止關斷時會產生反電動勢，反電動勢又會對變壓器初級線圈的分布電容進行充放電，從而產生阻尼振蕩，即產生振鈴，如圖4所示。變壓器初級漏感產生反電動勢的電壓幅度一般都很高，其能量也很大，如不采取保護措施，反電動勢一般都會把電源開關管擊穿，同時反電動勢產生的阻尼振蕩還會產生很強的電磁輻射，不但對機器本身造成嚴重干擾，對機器周邊環境也會產生嚴重的電磁干擾。

2、對輻射干擾信號的抑制

電磁輻射干擾也是通過電磁感應的方式，由帶電體或電流回路及磁感應回路對外產生電磁輻射的。任何一根導體都可以看成是一根電磁感應天線，任何一個電流回路都可以看成是一個環形天線，電感線圈和變壓器漏感也是電磁感應輻射的重要器件。要想完全抑制電磁輻射是不可能的，但通過對電路進行合理設計，或者采取部分屏蔽措施，可以大大減輕電磁干擾的輻射。

例如，盡量縮短電路引線的長度和減小電流回路的面積，是減小電磁輻射的有效方法；正確使用儲能濾波電容，把儲能濾波電容盡量近地安裝在有源器件電源引線的兩端，每個有源器件獨立供電，或單獨用一個儲能濾波電容供電(充滿電的電容可以看成是一個獨立電源)，防止各電路中的有源器件(放大器)通過電源線和地線產生串擾；把電源引線的地和信號源的地嚴格分開，或對信號引線采取雙線并行對中交叉的方法，讓干擾信號互相抵消，也是一種減小電磁輻射的有效方法；利用散熱片也可以對電磁干擾進行局部屏蔽，對信號引線還可以采取雙地線并行屏蔽的方法，讓信號線夾在兩條平行地線的中間，這相當于雙回路，干擾信號也會互相抵消，屏蔽效果非常顯著；機器或敏感器件采用金屬外殼是最好的屏蔽電磁干擾方法，但非金屬外殼也可以噴涂導電材料(如石墨)進行電磁干擾屏蔽。

第三篇：電磁兼容整改

1、整改階段，此階段是產品EMC設計的初步階段,及在產品第一論開始設計時，并沒有考慮EMC方面的問題，等到產品功能調試完成，樣子出來后進行EMC測試時，才發現EMC問題的存在，于是通過采用各種臨時措施使產品通過EMC測試。用這種方法即使使產品最終達到標準規定的EMC要求，常常也會因要進行較大的改動，導致較高的成本。如果是因為屏蔽問題往往會涉及結構模具改動，如果因為接口濾波問題就會對產品原理圖進行改動，同時導致PCB的重新設計，還有可能會因為系統接地問題，那就會對整個產品系統重新做調整，重新設計。深圳有一家著名的儀器企業某款產品由于電磁兼容問題整改導致產品延遲海外上市一年，同時研發費用增加五十萬元人民幣！這種通過研發后期測試發現問題然后再對產品進行的測試修補的方法，往往會導致企業產品不能及時取得認證而上市。它是目前很多走向國際市場公司研發部門所面臨的困惑。整改的概念與企業產品開發流程也不符合。

2、技術設計階段。這個階段，企業一般已經有了一定EMC的技術，并有時還會有專職的EMC工程師負責EMC工作，與其它開發人員一起在產品功能設計的同時，考慮EMC問題，如產品設計時會考慮濾波，屏蔽，接地等。企業的產品工程師還會通過短期的培訓以掌握EMC設計的基本方法，甚至有些企業會將EMC設計與產品開發的流程結合在一起。能從設計流程的早期階段就導入一定的EMC設計策略,從產品設計源頭考慮EMC問題，這于整改階段使用后期整改的方法來解決產品所有的EMC問題已經有了很大的進步，不但減少許多不必要的人力及研發成本，縮短產品上市周期。但是，處于這個階段的EMC設計方法，也有很多局限性，具體表現在：

a.參與EMC設計人員掌握了一些EMC設計原理和理論知識，如，他們懂得如何設計濾波器、如何設計屏蔽，如何進行PCB布線布線，如何防止串擾等等，但是他們往往缺乏結合產品系統的特點，從產品系統結構構架上來考慮EMC問題。

b.設計過程中沒有引入風險的意思，也沒有風險評估手段，因此不能預測后期會產生后果，并有量的把握。

c.設計太理論化，而且各個部分的設計相對分散。如，各個EMC性能非常好的模塊組合在一起不一定是一個EMC性能很好的系統。

d.沒有方法論的指導，因此，對于一些可以從多方面可以解釋的設計，很容易引起爭論。其實，這階段還是屬于技術應用的混濁狀態，縱然設計人員已經掌握了“技術”，但是還不能將其轉化為簡單可行的“方法”，因此也很難實現一些仿真。目前大多數企業（而且是國內EMC技術比較領先或投入比較多的企業）都處在這個狀態中。

3、方法論階段，將1，2階段的整改和設計技術上升為一種方法論，通過此方法論可以很好的，系統的指導產品的設計。可以運用這個方法論輸出詳細、系統的分析報告，分析有利有節。不但有充分的理論依據還緊密與產品的特點結合在一起。如果說上一階段的EMC設計是從技術本身出發的，那么這個階段強調產品的本身，并實現技術與產品緊密結合。本書

所述的“產品EMC設計風險評估法”EMC設計技術發展到這個階段的產物，它看上去似乎脫離的EMC技術本身，實質上與EMC技術是密不可分的，方法論也是建立在各種“零散”技術的基礎上的。

4、仿真階段。設計人員要很好的運用仿真軟件，建立一種符合產品實際情況的模型為產品設計服務，就要用方法論。方法論是仿真的基礎和前提條件。它是產品EMC設計技術發展的最高階段，仿真軟件實現了方法論的電腦輔助自動化設計，大大減輕人工的投入，這是EMC設計技術的最高境界。

前言

電磁干擾的觀念與防制﹐在國內已逐漸受到重視。雖然目前國內并無嚴格管制電子產品的電磁干擾（EMI）﹐但由于歐美各國多已實施電磁干擾的要求﹐加上數字產品的普遍使用﹐對電磁干擾的要求已是刻不容緩的事情。筆者由于啊作的關系﹐經常遇到許多產品已完成成品設計﹐因無法通過EMI測試﹐而使設計工程師花費許多時間和精力投入EMI的修改﹐由于屬于事后的補救﹐往往投入許多時間與金錢﹐甚而影響了產品上市的時機

2.正確的診斷

要解決產品上的EMI問題﹐若能在產品設計之初便加以考慮﹐則可以節省事后再投入許多時間與金錢。由于目前EMI Design-in的觀念并不是十分普遍﹐而且由于事先的規劃并不能保證其成品可以完全符合電磁干擾的測試在﹐所以如何正確的診斷EMI問題﹐對于設計工程師及EMI工程師是非常重要的。

事實上﹐我們如果把EMI當做一種疾病﹐當然平時的預防保養是很重要的﹐而一旦有疾病則正確的診斷﹐才能得到快速的痊愈﹐沒有正確的診斷﹐找不到病癥的源頭﹐往往事倍功半而拖延費時。故在EMI的問題上﹐常常看到一個EMI有問題的產品﹐由于未能找到造成EMI問題的關鍵﹐花了許多時間﹐下了許多對策﹐卻始終無法解決﹐其中亦不乏專業的EMI工程師。以往談到EMI往往強調對策方法﹐甚而視許多對策秘決或絕招﹐然而沒有正確的診斷﹐而在產品上加了一大堆EMI抑制組件﹐其結果往往只會使EMI情況更糟。筆者起初接觸產品EMI對策修改時﹐會聽到資深EMI工程師說把所有EMI對策拿掉﹐就可以通過測試。初聽以為是句玩笑話﹐如今回想這是很寶貴的經驗談。而后亦聽到許多EMI工程師談到類似的經驗。本文中將舉出實際的例子﹐讓讀者更加了解EMI的對策觀念。一般提到如何解決EMI問題﹐大多說是case by case,當然從對策上而言﹐每一個產品的特性及電路板布線（layout)情況不同﹐故無法用幾套方法而解決所有EMI的問題﹐但是長久以來﹐我們一直想要把處理EMI問題并做適當的對策﹐另外也提供專業的EMI工程師一種參考方法。在此我們把電磁干擾與對策的一些心得經驗整理﹐希望能對讀者有些幫助。

3.EMI初步診斷步驟

我們提出一套EMI診斷上的參考驟﹐希望用有系統的方式﹐快速的找出EMI的問題。我們

并不準備探討一些理論計算或公式推演﹐將從實務上說明。

當一個產品無法通過EMI測試﹐首先就要有一個觀念﹐找出無法通過的問題點﹐此時千萬不能有主觀的念頭﹐要在那些地方下對策。常常有許多有經驗的EMI工程師﹐由于修改過許多相關產品﹐對于產品可能造成EMI問題的地方也非常了解﹐而習慣直接就下藥方﹐當然一般皆可能非常有效﹐但是偶而也會遇到很難修改下來﹐最后發現問題的關鍵都是起行認為不可能的地方﹐之所以會種疏失﹐就是由于太主觀了。因此﹐不論產品特性熟不熟﹐我們都要逐一再確認一次﹐甚而多次確認。這是因為造成EMI的問題往往是錯綜復雜﹐并非單一點所造成。故反復的做確認及診斷是非常重要的。

我們將初步的診斷步驟詳列于下﹐并加以說明其關鍵點﹐這些步驟看來似乎非常平凡簡單﹐不像介紹對策方法各種理論秘籍絕招層出不窮﹐變化奧妙。其實﹐許多資深EMI工程師在其對策處理時﹐大部份的時間都在重復這些步驟與判斷。筆者要再次強調﹐只有真正找到造成EMI問題的關鍵﹐才是解決EMI的最佳途徑﹐若僅憑理論推測或經驗判斷﹐有時反而會花費更多的時間和精力。

■步驟一

將桌子轉到待測（EUT）最大發射的位置﹐初步診斷可能的原因﹐并關掉EUT電源加以確認。

（說明）

由于EMI測試上﹐EUT必須轉360度而天線由1m到4m變化﹐其目的是要記錄輻射最大的情況。同樣地﹐當我們發現無法通過測試時﹐首先我們先將天線位置移到噪聲接收最大高度﹐然后將桌子轉到最差角度﹐此時我們知道在EUT面對天線的這一面輻射最強﹐故可以初步推測可能的原因﹐如此處屏蔽不佳或靠近輻射源或有電線電纜經過等。

另外須注意的是要關掉EUT的電源﹐看噪聲是否存在﹐以確定噪聲確實是由EUT所產生。曾見測試Monitor一直無法解決某一點的干擾﹐結果其噪聲是由PC所造成而非Monitor的問題﹐亦有在OPEN SITE測試Monitor發現某幾點無法通過﹐由測試接收儀器的聲音判斷應是Monitor產生﹐結果關掉電源發現噪聲依然存在﹐所以關掉EUT電源的步驟是必須的﹐而且通常容易被忽略。

■步驟二

將連接EUT的周邊電纜逐一取下﹐看干擾的噪聲是否降低或消失。

（說明）

若取下某一電纜而干擾的頻率減小或甚而消失﹐則可知此電纜已成為天線將機板內的噪聲輻射出來。事實上﹐仔細分析造成EMI的關鍵﹐我們可以用一個很簡單的模式來表示。任何EMI的Source必須要有天線的存在﹐才能產生輻射的情形﹐若僅單獨存在噪聲源而沒有天線的條件﹐此輻射量是很小的﹐若將其連接到天線則由于天線效應便把能量輻射到空間。所以EMI的對策除了針對噪聲源（Source)做處理外﹐最重要的查破壞產生輻射的條

件----天線。以往我們最常看到談EMI對策離不開屏蔽（Shielding),濾波（Filter),接地（Grounding)﹐對于接地往往一塊電路板多已固定﹐而無法再做處理﹐因為這一部份在電路板布線（Layout)時就須仔細考慮﹐若板子已完成則此時可變動的空間就非常小﹐一般方式僅能找出噪聲小的接地處用較粗的地線連接﹐減低共模（Common mode)噪聲。屏蔽所牽涉的材質與花費亦甚高﹐濾波的方式則是常可見Bead電感等﹐往往用了一大堆亦不甚見效﹐何以如此﹐許多時候是我們沒有解決其輻射的天線效應。一般而言﹐噪聲的能量并不會因加一些對策組件便消失﹐也就是能量不減﹐ 我們所要做的工作是如何避免噪聲輻射到空間（輻射測試）或由電源傳出（傳導測試）。

在此我們整理了產生輻射常見的幾種情形供讀者參考。

（1）機器外部連接之電纜成為輻射天線

由于機器本身外部所連接的電纜成為天線效應﹐將噪聲輻射到空間﹐此時噪聲的大小和電纜的長度有關﹐因電纜的天線效應相對于噪聲半波長時共振情形會最大﹐也往往是造成EMI無法通過測試。在解決這個問題前必須要做一些判斷﹐否則很容易疏忽而浪費時間。（a）噪聲是由機器內部電路板或接地所產生

此情形為將電纜取下﹐或加一Core則噪聲減低或消失。此時必須做的一個步驟是將線靠近機器（不須直接連接）看噪聲是否會存在﹐若噪聲并沒有升高﹐則可確實判定由機器內部產生﹐若將電纜靠近而干擾噪聲馬上升高﹐由此時請參考（b）的說明。

（b）噪聲是由機器內部耦合到電纜線上﹐而使電纜成為輻射天線。

這一點是許多測試工程師容易忽略的。此情形如（a）中所提到的﹐只要將一條電纜靠近﹐則可從頻譜上看到噪聲立刻升高﹐此表示噪聲已不單純是由線上所輻射出﹐而是機器本身的噪聲能量相當大﹐一旦有天線靠近則立刻會耦合至天線而輻射出來。在實際測試中﹐我們發現許多通訊產品有這類情形發生﹐此時若單純用Core或Bead去處理﹐并不能真正的解決問題。

（2）機器內部的引線﹐連接線成為輻射天線

由于許多產品內部常有一些電線彼此連接工作廳﹐當這些線靠近噪聲源很容易成為天線﹐將噪聲輻射出去。針對此點的判斷﹐在200MHz以下之噪聲﹐我們可以在線上加一Core來判斷噪聲是否減低﹐而對于200MHz以上之高頻噪聲﹐我們可以將線的位置做前后左右的移動﹐看噪聲是否會增大或減小。

（3）電路板上的布線成為輻射天線

由于走線太長或靠近噪聲源而本身被耦合成為發射天線﹐此種情形當外部電纜都取下﹐而僅剩電路板時﹐在頻譜儀上可看見噪聲依然存在﹐此時可用探棒測量電路板噪聲最強的地方﹐找到輻射的問題加以解決。關于探測的工具及方法﹐將于后詳細說明。

（4）電路 板上的組件成為輻射來源

由于所使用的IC或CPU本身在運作時產生很大的輻射﹐使得EMI測試無法通過﹐卵石種

情往往在經過（1）﹑（2）﹑（3）的分析后噪聲依然存在﹐通常解決的方法不外換一個類似的組件﹐看EMI特性是否會好一些。另外就是電路板重新布線時﹐將其擺放于影響最小的位置﹐也就是附近沒有I/O Port及連接線等經過﹐當然若情況允許﹐將整個組件用金屬外殼包覆（Shielding)也是一種快速有效的方法。

由以上的分析介紹我們可以了解﹐造成電磁干擾輻射最關鍵的地方就是電線的問題﹐當有了適當的天線條件存在很容易就產生干擾﹐另外電源線往往亦是造成天線效應的主因 ﹐這是在許EMI對策中最容易疏忽的。

■ 步驟三

電源線無法移去﹐可在其上夾Core或水平垂直擺動﹐看噪聲是否有減小或變化。若產品有電池設備則可取下電源線判斷﹐如Notebook PC等。

（說明）

如前所述電源線往往是會成為輻射天線﹐尤其是Desktop PC類產品﹐往往300MHz以上的噪聲會由空間耦合到電源線上﹐所以判斷產品的電源線是否受到感染是必須的步驟。由于噪聲頻帶的影響﹐對200MHz以下可用加Core的方式（可一次多加數個）判斷﹐對于200MHz以上的噪聲﹐由于此時Core的作用不大﹐可將電源線水平擺放和垂直擺放﹐看干擾噪聲是否有差別﹐若水平和垂直有很明顯的差別﹐則可一邊擺動電源線一邊看頻譜儀（Spectrum)上噪聲之大小有否變化﹐如此便可知道電源線有否干擾。

至于若發現電源線會產生輻射時如何解決﹐一般皆不好處理﹐通常先想辦法使機器內的噪聲減小﹐以避免電源線的二次輻射﹐而使用Shielded線一般對輻射的影響并不大﹐故換一條不同長度的電源線﹐有時也會有很好的效果。

由這一點我們可知道﹐除了要使可冊產生輻射噪聲的組件遠離I/O Port外﹐其也須盡量遠離電源線及Switching power supply的板子﹐以免耦合到電源線上使得輻射及傳導皆無法通過測試。

■步驟四

檢查電纜接頭端的接地螺絲是否旋緊及外端接地是否良好。

（說明）

依前三項方式大略找了一下問題后﹐我們必須再做一些檢查﹐因為透過這些檢查﹐也許不須做任何修改﹐便可通過EMI測試。例如檢查電纜端的螺絲是否鎖緊﹐有時將松掉的螺絲上緊﹐可加強電纜線的屏蔽效果。另外可檢查看看機器外接的Connector的接地是否良好﹐若外殼為金屬而有噴漆﹐則可考慮將Connector處的噴漆刮掉﹐使其接地效果較佳。另外若使用Shielded的電纜線﹐必須檢查接頭端處外覆的金屬綱是否和其鐵蓋密合﹐許多不佳的屏蔽線（RS232）多因線接頭的外覆屏蔽金屬綱未冊和連接端的地密合﹐以致無法充份達到屏蔽的效果。

各種接頭如Keyboard及Power supply常常由于接頭的插頭與機器上的插座間的密合度不好

﹐影響了干擾噪聲的輻射。檢查的方式可將接頭拔掉看噪聲是否減小﹐減小表示兩種冊可﹐一為線上本身輻射干擾﹐另一為接頭間接觸不好﹐此時插上接頭﹐用手銷微將接頭端左右搖動﹐看噪聲是否會減小或消失﹐若會減小可將Keyboard或Power supply的連接頭﹐用銅箔膠帶貼一圈﹐以增加其和機器接頭的密合度﹐這一點也是實測上很容易被疏忽﹐而會誤判機器的EMI為何每次測時好時壞﹐或花許多時間在其它的對策上面.

第四篇：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。