第一篇：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?！?/p>

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 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。

第二篇：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)展成為專門的針對(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)在其周圍產(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?！锺詈下窂椒譃榭臻g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ｉT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。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)柜的縫隙和門都進(jìn)行了處理，縫隙處安裝導(dǎo)電簧片，門與機(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。

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。

第三篇：智能電表的電磁兼容測(cè)試與抗干擾研究說(shuō)明

智能電表的電磁兼容測(cè)試與抗干擾研究

摘要：為了提高現(xiàn)代智能電表設(shè)計(jì)中的抗干擾性能和增強(qiáng)電表工作時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本文主要從電快速脈沖群抗擾度測(cè)試、輻射電磁抗擾度測(cè)試及傳導(dǎo)電磁干擾抗擾度測(cè)試三個(gè)方面對(duì)智能電表進(jìn)行電磁兼容測(cè)試.此外，還研究了幾種抗干擾技術(shù)以及通過(guò)實(shí)踐研究總結(jié)的一些電磁兼容測(cè)試的簡(jiǎn)易測(cè)試方案.關(guān)鍵詞：電磁兼容，測(cè)試方法，智能電表，抗干擾

由于智能電表的設(shè)計(jì)中引入了微控制器，這對(duì)設(shè)備的電磁兼容性能提出了更高的要求.主要原因是外界的電磁干擾可能導(dǎo)致程序控制的指針“跑飛”，可能導(dǎo)致電量數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤、丟失甚至系統(tǒng)的混亂.由于電表在電網(wǎng)系統(tǒng)中的特殊地位，不可能像其他電子設(shè)備一樣經(jīng)常性地通過(guò)復(fù)位使其恢復(fù)初始狀態(tài)來(lái)處理設(shè)備異常工作甚至死機(jī)等現(xiàn)象.因此，必須從源頭上采取提高智能電表電磁兼容性能的措施，以加強(qiáng)其抗干擾能力，確保其在規(guī)定的條件下正常穩(wěn)定運(yùn)行.針對(duì)以上問(wèn)題和對(duì)智能電表在實(shí)際工作中的電磁環(huán)境分析，我們主要從電快速脈沖群（EFT)干擾、輻射電磁干擾（Radiated EMI）和傳導(dǎo)電磁干擾（Conducted EMI）三個(gè)方面考察智能電表的電磁兼容性能.測(cè)試方法

1.1 電快速脈沖群抗擾度測(cè)試方法

EFT干擾是由于電路中的機(jī)械開關(guān)對(duì)電感性負(fù)載的切換產(chǎn)生的，它會(huì)對(duì)電路中的其他電氣和電子設(shè)備產(chǎn)生干擾.這種干擾的特點(diǎn)是：脈沖成群出現(xiàn)、重復(fù)頻率高（脈沖重復(fù)頻率：5KHz，脈沖群重復(fù)周期：300ms）、脈沖波形上升時(shí)間短（5ns）.脈沖群對(duì)電路中的半導(dǎo)體器件的結(jié)電容充電，當(dāng)電容上的能量累積到一定程度時(shí)就會(huì)引起設(shè)備的誤動(dòng)作.EFT抗擾度測(cè)試主要就是驗(yàn)證干擾施加在受試設(shè)備（EUT，本文中指的是智能電表）的電源及I/O線路上時(shí)設(shè)備的抗干擾能力.電源線是通過(guò)耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)施加干擾的，而I/O線路則是通過(guò)電容耦合夾施加干擾的.測(cè)試中無(wú)論是施加在電源線上的干擾還是I/O線路上的干擾都是不對(duì)稱干擾（是指線與大地之間的干擾，即共模干擾），這也就為如何抑制EFT干擾提供了著手點(diǎn).對(duì)于智能電表，我們采用臺(tái)式設(shè)備的測(cè)試方法.首先，檢查電表的功能性能；然后，按照測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)連接設(shè)備，示意圖如圖1；其次，按照產(chǎn)品技術(shù)條件確定實(shí)驗(yàn)等級(jí)，讓EFT發(fā)生器輸出開路，接示波器，設(shè)定EFT

發(fā)生器的各個(gè)參數(shù)；接著，將EFT發(fā)生器的輸出接耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)或電容耦合夾，對(duì)智能電表施加脈沖群，要求每種試驗(yàn)電壓下做3次試驗(yàn)，每次1min，間隔1min，一種極性做完后換另一種極性，一根線做完后再換另一根，同時(shí)觀察智能電表功能是否正常；最后，斷開所有連接，重新檢查智能電表功能是否正常，并記錄試驗(yàn)結(jié)果，編制試驗(yàn)報(bào)告。

圖1 EFT試驗(yàn)設(shè)備布置與連接示意圖

作為智能電表設(shè)計(jì)初級(jí)階段的簡(jiǎn)易EFT抗擾度測(cè)

試方法，我們可以采用圖2所示的方法粗略驗(yàn)證EUT的電磁兼容性能。如圖2所示，在EUT上繞上數(shù)圈（圈數(shù)與試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)成正比，一般10圈相對(duì)而言已經(jīng)比較嚴(yán)酷），通過(guò)控制信號(hào)控制繼電器的閉合從而控制外圍線圈的通斷電，模擬了EFT干擾。該方法可以對(duì)EUT做初步的測(cè)試。

圖2 EFT簡(jiǎn)易測(cè)試圖 1.2 射頻輻射電磁場(chǎng)抗擾度測(cè)試方法

射頻輻射電磁場(chǎng)干擾（R-EMI）主要是由電臺(tái)、電視臺(tái)、固定或移動(dòng)式無(wú)線電發(fā)射臺(tái)和各種工業(yè)輻射源產(chǎn)生的。標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-3:2002主要把個(gè)人使用的移動(dòng)電話作為輻射源的重點(diǎn)考慮點(diǎn)，原因是移動(dòng)電話使用的普遍性和其在局部范圍內(nèi)輻射干擾比較強(qiáng)。試驗(yàn)的頻率定為80MHz~2GHz，而其上限頻率今后可能擴(kuò)展到更高。標(biāo)準(zhǔn)要求用1kHz的正弦波對(duì)載波頻率進(jìn)行幅度調(diào)制，以便模擬語(yǔ)音信號(hào)對(duì)載頻的幅度調(diào)制情況[*].試驗(yàn)中對(duì)不同的頻段采用不同的天線產(chǎn)生所需的電磁場(chǎng)。雙錐天線的適用頻段為20~200MHz，對(duì)數(shù)周期天線適用頻段為200~1000MHz，對(duì)于1~2GHz的頻段可以采用角錐喇叭天線和雙脊波導(dǎo)天線。試驗(yàn)需要在電波暗室內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)框圖如圖3所示。圖中天線（包括升降塔、轉(zhuǎn)臺(tái)）、均勻場(chǎng)及場(chǎng)強(qiáng)探頭均處在電波暗室內(nèi)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制信號(hào)發(fā)生器和功率放大器從而實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)強(qiáng)的控制。

圖3 試驗(yàn)框圖

測(cè)試過(guò)程是這樣的：首先，按照設(shè)備技術(shù)要求確定試驗(yàn)等級(jí)，不加正弦調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生試驗(yàn)等級(jí)要求強(qiáng)度的均勻場(chǎng)（覆蓋所有測(cè)試頻段）；其次，使用校準(zhǔn)過(guò)程中確定的電平，以正弦波對(duì)其調(diào)幅（深度80%），信號(hào)發(fā)生器掃頻速度不超過(guò)1.5×10-

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

考慮到試驗(yàn)設(shè)備復(fù)雜、成本昂貴以及受試設(shè)備（智能電表）體積不大的特點(diǎn)，在工程應(yīng)用中我們常采用吉赫茲?rùn)M電磁波室（GTEM小室）對(duì)其進(jìn)行R-EMI測(cè)試。試驗(yàn)組成如圖4所示，N型接頭向小室傳播的為近似平面波（實(shí)際為球面波，但張角很小），小室芯板與底板之間形成均勻場(chǎng)區(qū)（芯板和底板扮演了天線的角色，要改變場(chǎng)的極化方向只能改變電表的相對(duì)方向來(lái)實(shí)現(xiàn)）。為做到不因電表的置入而過(guò)于影響場(chǎng)的均勻性，電表不得超過(guò)芯板與底板之間高度的1/3。GTEM小室內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)E=kV/h，其中k為比例系數(shù)，V為N型接頭輸入的信號(hào)電壓，h為芯板距底板的垂直距離。測(cè)試方法與前面所示測(cè)試方法相似。

圖4 GTEM小室測(cè)試

1.3 由射頻場(chǎng)感應(yīng)所引起的傳導(dǎo)干擾抗擾度測(cè)試方法

傳導(dǎo)干擾（C-EMI）通常是由電焊機(jī)、可控硅整流器、熒光燈及在開關(guān)電感性負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的。其所涉及頻段為150kHz~80MHz，剛好與前面的R-EMI相對(duì)應(yīng)。該試驗(yàn)主要考慮到低頻段時(shí)設(shè)備引線的長(zhǎng)度可能達(dá)到干擾波的幾個(gè)波長(zhǎng)，這樣引線就變成了被動(dòng)天線接收射頻場(chǎng)的感應(yīng)，變?yōu)閭鲗?dǎo)干擾進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，最終以射頻電壓和電流形式的近場(chǎng)電磁場(chǎng)影響設(shè)備的工作。

試驗(yàn)整體框圖如圖5所示，試驗(yàn)發(fā)生器中的低通和高通濾波器的作用是為防止信號(hào)諧波對(duì)電表產(chǎn)生干擾；固定衰減器是為了使試驗(yàn)發(fā)生器達(dá)到50歐姆（由于各電網(wǎng)阻抗不同，為此規(guī)定一個(gè)統(tǒng)一的50歐姆阻抗，以便測(cè)試結(jié)果相互比較）輸出阻抗以減小功放至耦合網(wǎng)絡(luò)間的不匹配程度；信號(hào)發(fā)生器要求與R-EMI信號(hào)發(fā)生器要求相似（不同的是頻段范圍為150kHz~80MHz）；耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)是將干擾信號(hào)施加到電源線路上；線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LISN）是目前國(guó)際上規(guī)定的傳導(dǎo)性電磁干擾測(cè)量設(shè)備，圖6為分別測(cè)試兩條電源線上傳導(dǎo)干擾的單相LISN，當(dāng)BMC端接騷擾測(cè)試儀時(shí)，儀器內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)阻抗為50歐姆，共模和差模干擾電流將從該50歐姆阻抗上流過(guò)，此時(shí)，LISN起到了為共模和差模干擾電流在所需測(cè)量的頻段提供一個(gè)固定阻抗（50歐姆）的作用，而50歐姆電阻上的電壓就是傳導(dǎo)干擾電壓。傳導(dǎo)干擾的耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)可以參見標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-6。

測(cè)試前要盡可能接近智能電表的實(shí)際安裝條件來(lái)連接電纜，這里我們只介紹了電源線的傳導(dǎo)干擾測(cè)試，實(shí)際上傳導(dǎo)干擾還可能發(fā)生在平衡線對(duì)及非屏蔽不平衡電纜上，其測(cè)試與上面介紹的測(cè)試方法相似，這里不再贅述。需要指出的是，要依次將試驗(yàn)發(fā)生器與每個(gè)耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)相連，而在其他未注入信號(hào)的耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)射頻輸入端接50歐姆的電阻。測(cè)試時(shí)先將試驗(yàn)電平（未加調(diào)制時(shí)的試驗(yàn)電平）調(diào)到試驗(yàn)等級(jí)的規(guī)定值，然后由1kHz正弦波調(diào)幅（深度80%）。試驗(yàn)以速度不超過(guò)1.5×10-3十倍頻程/秒且在規(guī)定頻段內(nèi)掃頻測(cè)試（掃頻步幅不超過(guò)上一頻率值的1%，每一頻率的駐留時(shí)間不少于電表所需運(yùn)行和響應(yīng)的時(shí)間）同時(shí)觀察電表的功能和性能是否正常。

圖5 C-EMI測(cè)試框圖

圖6 單相LISN測(cè)試連接圖 抗干擾措施

2.1 硬件抗干擾

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

（1）在電源變壓器的初級(jí)串聯(lián)一個(gè)電源濾波器，如“雙繞組扼流圈”的濾波線路，它對(duì)高頻干擾信號(hào)阻抗很大，使整個(gè)設(shè)備與電網(wǎng)之間有一定的高頻隔離，同時(shí)對(duì)于外界的高頻電磁場(chǎng)干擾也起到一定的抑制作用。

（2）在各相交流電源的進(jìn)線端并聯(lián)一個(gè)壓敏電阻（MOV），其阻值隨施加在它兩端的電壓的增加而減小。這樣可以在供電出現(xiàn)過(guò)壓時(shí)形成一個(gè)低阻的分流器，從而可以防止施加在設(shè)備兩端的電壓急劇上升。當(dāng)電壓恢復(fù)正常時(shí)，MOV又恢復(fù)到高阻狀態(tài)。

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

間高能沖擊，它能以極高的速度成為低阻抗器件，吸

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

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

以上幾點(diǎn)就是硬件抗干擾設(shè)計(jì)的措施和技巧，通過(guò)以上的措施，就可以有效地抑制一部分干擾源對(duì)設(shè)備功能和性能的不良影響。2.2 軟件抗干擾

軟件抗干擾主要是防止電表在工作過(guò)程中出現(xiàn)大的錯(cuò)誤。電表作為用電量的測(cè)量和記錄設(shè)備，諸如用電量等數(shù)據(jù)是十分重要的，這些數(shù)據(jù)的獲取和傳輸及存儲(chǔ)過(guò)程必須保證其準(zhǔn)確可靠。下面就保證E2PROM數(shù)據(jù)寫入的可靠性措施做一簡(jiǎn)要介紹。

（1）使用軟件陷阱。當(dāng)控制器運(yùn)行時(shí)受到干擾可能導(dǎo)致程序指針PC指向非程序區(qū)，使程序“跑飛”，很可能進(jìn)入某個(gè)循環(huán)中挑不出來(lái)。當(dāng)循環(huán)中沒(méi)有清除看門狗指令時(shí)，在給定看門狗定時(shí)條件下PC指針將復(fù)位。當(dāng)循環(huán)中有清除看門狗指令時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生死機(jī)。對(duì)于這種情況，程序可以設(shè)置大量的軟件陷阱，當(dāng)PC進(jìn)入非程序區(qū)時(shí)可能跳到軟件陷阱中，從而可以順利地使PC復(fù)位。設(shè)置軟件陷阱的位置主要有：①?zèng)]有使用到的中斷區(qū)。在沒(méi)有使用到得中斷服務(wù)子程序中設(shè)置軟件陷阱可以有效地捕捉到錯(cuò)誤的中斷。②在處理器未編程的大量空間編寫軟件陷阱指令。當(dāng)程序跑飛入該區(qū)域時(shí)可以迅速地跳入正軌。

（2）定時(shí)設(shè)置I/O口狀態(tài)。對(duì)于有些控制器可以編程I/O口的狀態(tài)，這樣當(dāng)微處理器受到干擾時(shí)I/O口的狀態(tài)可能改變，比如電脈沖輸入口被干擾改變?yōu)檩敵隹跁r(shí)，就會(huì)導(dǎo)致用戶使用了電但是電表卻檢測(cè)不到。因此，周期性地重復(fù)定義I/O口的輸入/輸出狀態(tài)對(duì)于干擾環(huán)境下的電表運(yùn)行是有益的。

（3）數(shù)據(jù)校驗(yàn)。因?yàn)殡姳碇械牟糠謹(jǐn)?shù)據(jù)是十分重要的，不能出錯(cuò)，因此，對(duì)這些數(shù)據(jù)的輸入是要進(jìn)行特別的合法性判斷的。例如，對(duì)電量數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行判斷，就可以有效地限制一些錯(cuò)誤的產(chǎn)生，提高其抗干擾性能。小結(jié)

在設(shè)計(jì)智能電表時(shí)，從電磁兼容的角度出發(fā)就可以高效地設(shè)計(jì)出經(jīng)受的住其電磁環(huán)境要求的性能穩(wěn)定產(chǎn)品，這可以避免走很多彎路。針對(duì)智能電表的實(shí)際工作環(huán)境和特點(diǎn)，主要從EFT、R-EMI、C-EMI三個(gè)方面考察其電磁兼容性能。結(jié)合實(shí)際和標(biāo)準(zhǔn)要求，采用簡(jiǎn)便、高效的測(cè)試手段有助于智能電表的設(shè)計(jì)。同時(shí)采用合理的有針對(duì)性的抗電磁干擾技術(shù)可以保證智能電表在規(guī)定的技術(shù)條件下穩(wěn)定可靠地工作。

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)。各部門和軍兵種也都開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)六類進(jìn)口電子產(chǎn)品(計(jì)算機(jī)、顯示器、打印機(jī)、開關(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、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)以及周圍的環(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?，F(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、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，也自覺或不自覺地進(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、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)?？v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作Tempest技術(shù)。IBM開發(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)越多的依賴于電子系統(tǒng)。對(duì)車載接收、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。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?？梢韵鞣N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，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?？蓪?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。開關(guān)電源大多工作在高頻情況下，在開關(guān)器件的開關(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，污染了周圍的電磁環(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)的存在以及開關(guān)電源中開關(guān)器件的高頻開通與關(guān)斷，使得開關(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）延緩開關(guān)的開通、關(guān)斷時(shí)間。但是這與開關(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

開關(guān)變換器中的電流在高頻情況下作開關(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)在其周圍空間中產(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

在開關(guān)電源產(chǎn)生的兩類干擾中，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)開關(guān)頻率變化的，干擾的能量集中在這些離散的開關(guān)頻率點(diǎn)上，所以很難滿足抑制EMI的要求。通過(guò)將開關(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，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，使開關(guān)間隔進(jìn)行不規(guī)則變化，則開關(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，將主開關(guān)頻率進(jìn)行調(diào)制，在主頻帶周圍產(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)

開關(guān)變換器中電磁干擾是在開關(guān)管開關(guān)時(shí)刻產(chǎn)生的。以整流二極管為例，在開通時(shí)，其導(dǎo)通電流不僅引起大量的開通損耗，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，主開關(guān)Q開通時(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，使開關(guān)損耗、EMI大大減少。不僅如此，由于開通時(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。在開關(guān)變換器中，功率三極管和二極管在開－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)以及開關(guān)器件技術(shù)等來(lái)有效地減少和抑制EMI。目前，開關(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。