第一篇：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：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信號占有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度，經(jīng)過在電路、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。隨著近年來各國對電子設(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)。

本文對電磁干擾產(chǎn)生、傳播的機(jī)理進(jìn)行了簡要的介紹，重點(diǎn)總結(jié)了幾種近年來提出的抑制開關(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)知識結(jié)合起來，對電磁干擾中各種元器件的特性進(jìn)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(jī)理作一簡要的介紹。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干擾〔測量點(diǎn)與場源距離<λ/6（λ為干擾電磁波波長）〕和遠(yuǎn)場干擾（測量點(diǎn)與場源距離>λ/6）。由麥克斯韋電磁場理論可知，導(dǎo)體中變化的電流會在其周圍空間中產(chǎn)生變化的磁場，而變化的磁場又產(chǎn)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(chǎn)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(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(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級或更高）；對于功率電子器件而言，頻率相對較低，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，會對其它電子設(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(shè)備電磁干擾的限制越來越嚴(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。通過將開關(guān)信號的能量調(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 信號進(jìn)行采樣選擇產(chǎn)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(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，而且只對應(yīng)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(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 無損緩沖電路

在變換器電路中，主二極管反向恢復(fù)時(shí)，會對開關(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(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、體積和重量都會變大。應(yīng)用無源補(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合，濾波電感LCM較大，所以補(bǔ)償?shù)男Ч麜黠@。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，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)償線圈不流過全部的功率，僅傳輸干擾電流，補(bǔ)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(fù)位線圈，可以更加方便地實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。無源補(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

產(chǎn)生噪聲的來源很多，如外來干擾、機(jī)械振動、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)過程中所產(chǎn)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(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，其電磁干擾問題、及與其它電子設(shè)備的電磁兼容問題已日益成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，未來電磁干擾及其相關(guān)問題必將得到更多的研究。

第二篇：電磁兼容作業(yè)

電磁兼容學(xué)習(xí)報(bào)告

姓名：時(shí)新淦 學(xué)號 ： 201230210800 專業(yè)：電工理論及技術(shù)

1.前言

這學(xué)期開設(shè)了電磁場理論這門課程，這門課程是一個(gè)基礎(chǔ)，當(dāng)上完這么課后感覺學(xué)得還不夠，因此當(dāng)老師在上第一堂電磁兼容課時(shí)，心情是非常喜悅的，一方面是電磁理論知識的又一次溫習(xí)和深化，而且電磁兼容是具體的電磁場理論知識的一個(gè)實(shí)際運(yùn)用。課程結(jié)束之前，最后一堂課給我留下了深刻的印象，一方面是電磁兼容重要性，另一方面是對自己以后學(xué)習(xí)的一個(gè)啟迪。

下面就從電磁兼容的概述，電磁兼容與課題聯(lián)系兩方面展開討論。

2.電磁兼容概述

在課程的最后一節(jié)課中，老師給我們詳細(xì)的介紹了電磁兼容。一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該滿足三個(gè)EMC原則：

（一）不對其他系統(tǒng)產(chǎn)生干擾；

（二）對其他系統(tǒng)的輻射不敏感；

（三）不對自身產(chǎn)生干擾。老師還給我們舉了一些例子如：美國的航母曾因電磁兼容問題引發(fā)爆炸，手機(jī)輻射影響音響設(shè)備等，讓我們更好地理解了電磁干擾的危害性和電磁兼容技術(shù)的重要性。

后面查了一些相關(guān)的資料更加了解電磁兼容，如一些基本術(shù)語，電磁干擾三要素（電磁干擾源、干擾傳播途徑和敏感設(shè)備），電磁兼容的組織認(rèn)證等等（如老師上課講的中國的強(qiáng)制性認(rèn)證“CCC”，還有如美國的強(qiáng)制性“FCC”等等）。

下面將就電磁兼容作下整體的概述。2.1.電磁騷擾

電磁干擾是指電磁騷擾引起的設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。這里，電磁騷擾是指任何可能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低，或者隊(duì)友生命或無生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象；而電磁干擾是指由電磁騷擾產(chǎn)生的具有危害性的電磁能量或者引起的后果。

依據(jù)騷擾的來源分類，電磁騷擾源分為兩大類：自然騷擾源和人為騷擾源。其中，人為騷擾源包括功能性騷擾源和非功能性騷擾源。功能性騷擾源指設(shè)備、系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)自身功能的過程中所產(chǎn)生的有用電磁能量對其他設(shè)備、系統(tǒng)造成干擾的用電裝置。非功能性騷擾源指設(shè)備、系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)自身功能的過程中所產(chǎn)生的無用電磁能量對其他設(shè)備、系統(tǒng)造成干擾的用電裝置。描述電磁騷擾源產(chǎn)生的干擾效應(yīng)，通常電磁騷擾的性質(zhì)可以由以下參數(shù)描述：1.頻譜寬度 2.幅度或電平3.波形 4.出現(xiàn)率 5.輻射騷擾的極化特性 6.輻射騷擾的方向特性 7.天線有效面積。

關(guān)于電磁騷擾的耦合與傳輸理論是電磁兼容理論的另一個(gè)重要知識，一般而言，從各種電磁騷擾源傳輸電磁騷擾至敏感設(shè)備的通路或媒介，即耦合途徑，有兩種方式：一種是傳導(dǎo)耦合方式；另一種是輻射耦合方式。其中輻射耦合可以劃分為三種：1.天線與天線的耦合 2.場與線的耦合 3.線與線的感應(yīng)耦合。傳導(dǎo)耦合按其耦合方式可以劃分為電路性耦合、電容性耦合、電感性耦合三種基本方式。2.2.電磁屏蔽

屏蔽理論及其應(yīng)用這一部分是這門課程的另一個(gè)一個(gè)重點(diǎn)。

屏蔽就是由導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻慕饘倨帘误w將電磁騷擾源限制在一定 的范圍內(nèi)，使騷擾源從屏蔽體的一面耦合或輻射到另一面時(shí)受到抑制或衰減。電磁屏蔽按其屏蔽原理可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽。電場屏蔽包含靜電屏蔽和交變電場屏蔽，磁場屏蔽包含靜磁屏蔽（恒定磁場屏蔽）和交變磁場屏蔽。

靜電屏蔽必須具有講個(gè)基本要點(diǎn)：完整的屏蔽導(dǎo)體和良好的接地。交變電場屏蔽的基本原理是采用接地良好的金屬屏蔽體將騷擾源產(chǎn)生的交變電場限制在一定的空間內(nèi)，從而阻斷了騷擾源至接收器的傳輸途徑。

低頻磁場的屏蔽原理是利用鐵磁材料的高磁導(dǎo)率對騷擾磁場進(jìn)行分路。高頻磁場的屏蔽采用的是低電阻率的良導(dǎo)體材料。其屏蔽原理是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象在導(dǎo)體表面所產(chǎn)生的渦流的反磁場來達(dá)到屏蔽目的。金屬屏蔽體對電磁波的屏蔽效果包括反射損耗、吸收損耗和多次反射損耗。如何描述屏蔽體的屏蔽效果及如何定量分析和表示屏蔽效果，這里我們主要是引入了屏蔽效能的概念。屏蔽效能是指不存在屏蔽體時(shí)某處的電場強(qiáng)度E0與存在屏蔽體時(shí)同一處的電場強(qiáng)度Es之比，常用分貝（dB）表示?？偠灾姶偶嫒輪栴}是一個(gè)不可回避的問題，好的電磁兼容工作可以使得系統(tǒng)性能有著完全不一樣的效果。2.3.接地技術(shù)

接地技術(shù)是任何電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)正常工作時(shí)必須采用的重要技術(shù)，它不僅是保護(hù)設(shè)施和人身安全的必要手段，也是抑制電磁干擾、保障設(shè)備或系統(tǒng)電磁兼容性、提高設(shè)備或系統(tǒng)可靠性的重要技術(shù)措施。接地的分類，按作用可分為安全接地和信號接地，其中安全接地又有設(shè)備安全接地、接零保護(hù)接地和防雷接地，信號接地又分為單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、混合接地和懸浮接地。還有一個(gè)是搭接技術(shù)，搭接是指兩個(gè)金屬物體之間通過機(jī)械、化學(xué)或物理方法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)連接，以建立一條穩(wěn)定的低阻抗電氣通路的工藝過程。搭接的目的在于為電流的流動提供一個(gè)均勻的結(jié)構(gòu)面和低阻抗通路，以避免在相互連接的兩金屬件間形成電位差，因?yàn)檫@種電位差對所有頻率都可能引起電磁干擾。搭接方法可分為永久性搭接和半永久性搭接。搭接類型為兩種基本類型：直接搭接和間接搭接。

3.電磁兼容與課題的聯(lián)系

在實(shí)際的課題研究中電磁兼容的問題是不可忽略的，在本人所研究的基于FPGA的探傷系統(tǒng)研究中，傳感器如何降低外界干擾源的問題是一個(gè)關(guān)鍵，這涉及到所采集數(shù)據(jù)的有效性和準(zhǔn)確性。通常情況下在傳感器的外層都有一層屏蔽層，如圖一所示，圖一（1）沒有屏蔽層，圖一（2）有屏蔽層。

圖一（1）圖一（2）屏蔽層的主要作用是將磁場約束在傳感器內(nèi)部，從而減小外部電磁場的干擾，同時(shí)它也可以使得各線圈之間的電位接近，從而減小線圈之間的容性耦合。屏蔽層的的引入使得激勵和接收線圈的磁場發(fā)生變化，從而改變了傳感器的靈敏度場。因此，屏蔽層的設(shè)計(jì)參數(shù)（厚度，電導(dǎo)率和線圈之間的距離）對于傳 感器的特性有很大的影響[1]。

實(shí)際中傳感器光有屏蔽裝置還不夠，例如當(dāng)用金屬導(dǎo)體靠近傳感器或者外界有較強(qiáng)的噪聲干擾時(shí)都會干擾到傳感器的測量結(jié)果，這也說明了當(dāng)傳感器的靈敏度非常高的時(shí)候除了在硬件方面提高抗干擾性，還需要在傳感器的激勵方式，軟件方面還需要下些功夫。

由于選取的被測對象一般是高電導(dǎo)率的金屬，因此具有很強(qiáng)的渦流效應(yīng)，一般低中頻的激勵信號（<1MHz）就足夠了,然而在檢測低電導(dǎo)率物體時(shí)，需要施加高頻率的激勵信號，高頻信號很容易受來至接收線圈小的感應(yīng)信號的噪聲的干擾，與此同時(shí)，由于驅(qū)動電路和激勵線圈的連接只有幾米遠(yuǎn)，因此激勵信號會衰減。為了更好的解決這個(gè)問題，設(shè)計(jì)了前端電路并且將其放置在每個(gè)線圈前面[2][3]。圖二是前端電路的示意圖。

圖二

如圖所示：電路有兩個(gè)通道，一個(gè)通道作為能量和激勵信號的放大，另一個(gè)作為接收線圈中所產(chǎn)生的小的感應(yīng)信號的放大。當(dāng)FPGA選擇相應(yīng)的線圈作為接收線圈時(shí)，帶有門控功能的合理集成電路使得該線圈的激勵信號能夠很好的關(guān)斷。反之當(dāng)線圈作為激勵時(shí)可以在合適的時(shí)間施加激勵信號。

由于感應(yīng)信號非常的小，所以信號必須經(jīng)過放大達(dá)到一個(gè)可以檢測的水平，因此前段電路必須離線圈的距離要足夠的近，在一些信號衰減的非常嚴(yán)重的運(yùn)用中，在信號的放大模塊中我們選擇了高增益（大于50倍）的運(yùn)放。

此外，為了更好的保護(hù)FPGA芯片，需要將FPGA的主板放在絕緣帶上，在人體每次接觸主板之前需要接觸一些金屬物，將人體的靜電給放掉達(dá)到保護(hù)芯片的作用。

通常在各種實(shí)驗(yàn)中談及到的濾波技術(shù)是一個(gè)重要的課題，EMI濾波的工作原理和普通濾波器一樣，它允許有用信號的頻率分量通過，同時(shí)又阻止其他干擾分量的通過

在課題中在電路中由FPGA內(nèi)部的DDS產(chǎn)生的激勵信號源經(jīng)過AD9754的數(shù)模轉(zhuǎn)換后，輸出信號中耦合系統(tǒng)時(shí)鐘干擾與大量的諧波分量。在系統(tǒng)中采用低通濾波器能較好的去除輸出信號中的雜波影響，平滑輸出信號。

我們采用的是二階Butterworth有源濾波器如圖二:

圖三

它由兩節(jié)RC濾波電路和同相比例放大電路組成，在集成運(yùn)放輸出到集成運(yùn)放同相輸入之間引入一個(gè)負(fù)反饋，在不同的頻段，反饋的極性不相同，當(dāng)信號頻率f＞＞f0時(shí)（f0 為截止頻率），電路的每級RC 電路的相移趨于-90o，兩級RC 電路的移相到-180o，電路的輸出電壓與輸入電壓的相位相反，故此時(shí)通過電容c 引到集成運(yùn)放同相端的反饋是負(fù)反饋，反饋信號將起著削弱輸入信號的作用，使電壓放大倍數(shù)減小，所以該反饋將使二階有源低通濾波器的幅頻特性高頻端迅速衰減，只允許低頻端信號通過。

除了硬件上的濾波，我們在軟件上也實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是具有一定數(shù)據(jù)處理位寬的數(shù)字信號處理器FPGA，故在完成濾波器的設(shè)計(jì)之后，還要對濾波器的系數(shù)進(jìn)行量化，并將量化的系數(shù)文件導(dǎo)入設(shè)計(jì)的濾波器模塊中，濾波模塊和濾波效果圖四所示。

圖四

（一）濾波器模塊

圖四

（二）simulink仿真濾波效果圖 濾波技術(shù)是抑制電氣、電子設(shè)備傳導(dǎo)電磁干擾，提高電氣、電子設(shè)備傳導(dǎo)抗擾度水平的主要手段，也是保證設(shè)備整體或局部屏蔽效能的重要輔助措施。描述濾波器特性的技術(shù)指標(biāo)包括插入損耗、頻率特性、阻抗特性、額定電壓、U1表示信號源額定電流等。其中插入損耗Il?20log(U1*U2)，（或者干擾源）與負(fù)載阻抗（或者干擾對象）之間沒有接入濾波器時(shí)，信號源在負(fù)載阻抗上產(chǎn)生的電壓；U2表示信號源與負(fù)載阻抗之間接入濾波器時(shí)，信號源通過濾波器在同一負(fù)載阻抗上產(chǎn)生的電壓。反射式濾波器的工作原理是把不需要的頻率成分的能量反射回信號源或者騷擾源，而讓需要的頻率成分的能量通過濾波器施加于負(fù)載，以達(dá)到選擇和抑制信號的目的。吸收式濾波器將信號中不需要的頻率分量的能量消耗在濾波器中（或稱被濾波器吸收），而允許需要的頻率分量通過，以達(dá)到抑制干擾的目的。

4.小結(jié)

雖然這個(gè)學(xué)期的電磁兼容課程學(xué)習(xí)時(shí)間有限，但我收獲頗豐。一是國外的一些經(jīng)典的英文教材是非常好參考書，在學(xué)習(xí)的過程中發(fā)現(xiàn)國外的英文教材淺顯易懂但卻不乏深度。

二是就電磁干擾本身而言，電磁干擾往往會給你意想不到的結(jié)果，正如老師說的一個(gè)系統(tǒng)當(dāng)你無意間多根接線就可能是整個(gè)系統(tǒng)無法工作，這也說明了電磁兼容這門課的重要性。很顯然當(dāng)我們做實(shí)驗(yàn)時(shí)，有些時(shí)候達(dá)不到預(yù)期的結(jié)果我們排除一些因素的后應(yīng)該要往這方面思考，如果在大型的工程中沒有考慮電磁兼容問題，往往會造成不可挽回的損失。

三是作為電磁兼容的基礎(chǔ)知識電磁場理論的掌握是一個(gè)逐步的過程，在以前的學(xué)習(xí)中很少用所學(xué)的知識去解釋和解決一些實(shí)際遇到的問題，借此機(jī)會給自己提個(gè)醒，希望以后騰出時(shí)間去更深的了解電磁方面的知識。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹武良.低頻電磁傳感檢測技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社:2010:17－154.[2] W.L.Yin，A.J.Peyton.A Planar EMT System for the Detection of Faults on Thin Metallic Plates.Measurement Science and Technology,2006,17(8),2130-2135.[3] Yin W, Peyton A J.Thickness measurement of non-magnetic plates using multi-frequency eddy current sensors[J].NTD&E International, 2007, 40: 43-48.

第三篇：電磁兼容作業(yè)

電磁兼容

電磁兼容（EMC）：系統(tǒng)或設(shè)備在所處的電磁環(huán)境中能正常工作，同時(shí)不對其他系統(tǒng)和設(shè)備造成干擾。

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

電磁兼容性（EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個(gè)方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值；另一方面是指器具對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。各種運(yùn)行的電力設(shè)備之間以電磁傳導(dǎo)、電磁感應(yīng)和電磁輻射三種方式彼此關(guān)聯(lián)并相互影響，在一定的條件下會對運(yùn)行的設(shè)備和人員造成干擾、影響和危害。

20世紀(jì)80年代興起的電磁兼容EMC學(xué)科以研究和解決這一問題為宗旨，主要是研究和解決干擾的產(chǎn)生、傳播、接收、抑制機(jī)理及其相應(yīng)的測量和計(jì)量技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)最合理的原則，對產(chǎn)生的干擾水平、抗干擾水平和抑制措施做出明確的規(guī)定，使處于同一電磁環(huán)境的設(shè)備都是兼容的，同時(shí)又不向該環(huán)境中的任何實(shí)體引入不能允許的電磁擾動。

進(jìn)行電磁兼容（包括電磁干擾和電磁耐受性）的檢測與試驗(yàn)的機(jī)構(gòu)有蘇州電器科學(xué)研究院、航天環(huán)境可靠性試驗(yàn)中心、環(huán)境可靠性與電磁兼容試驗(yàn)中心等實(shí)驗(yàn)室。

內(nèi)部干擾是指電子設(shè)備內(nèi)部各元部件之間的相互干擾，包括以下幾種:

（1）工作電源通過線路的分布電容和絕緣電阻產(chǎn)生漏電造成的干擾；(與工作頻率有關(guān))

（2）信號通過地線、電源和傳輸導(dǎo)線的阻抗互相耦合，或?qū)Ь€之間的互感造成的干擾；

（3）設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部某些元件發(fā)熱，影響元件本身或其它元件的穩(wěn)定性造成的干擾；

（4）大功率和高電壓部件產(chǎn)生的磁場、電場通過耦合影響其它部件造成的干擾。

外部干擾是指電子設(shè)備或系統(tǒng)以外的因素對線路、設(shè)備或系統(tǒng)的干擾，包括以下幾種:

（1）外部的高電壓、電源通過絕緣漏電而干擾電子線路、設(shè)備或系統(tǒng)；

（2）外部大功率的設(shè)備在空間產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場，通過互感耦合干擾電子線路、設(shè)備或系統(tǒng)；

（3）空間電磁波對電子線路或系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾；

（4）工作環(huán)境溫度不穩(wěn)定，引起電子線路、設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部元器件參數(shù)改變造成的干擾；

（5）由工業(yè)電網(wǎng)供電的設(shè)備和由電網(wǎng)電壓通過電源變壓器所產(chǎn)生的干擾。

電磁干擾的定義

所謂電磁干擾是指任何能使設(shè)備或系統(tǒng)性能降級的電磁現(xiàn)象。而所謂電磁敏感性是指因電磁干擾而引起的設(shè)備或系統(tǒng)的性能下降。

電磁干擾的類型

電磁干擾(Electromagnetic Interference)，簡稱EMI，有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾主要是電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過導(dǎo)電介質(zhì)或公共電源線互相產(chǎn)生干擾；輻射干擾是指電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過空間耦合把干擾信號傳給另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)或電子設(shè)備。

為了防止一些電子產(chǎn)品產(chǎn)生的電磁干擾影響或破壞其它電子設(shè)備的正常工作，各國政府或一些國際組織都相繼提出或制定了一些對電子產(chǎn)品產(chǎn)生電磁干擾有關(guān)規(guī)章或標(biāo)準(zhǔn)，符合這些規(guī)章或標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品就可稱為具有電磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。電磁兼容性EMC標(biāo)準(zhǔn)不是恒定不變的，而是天天都在改變，這也是各國政府或經(jīng)濟(jì)組織，保護(hù)自己利益經(jīng)常采取的手段。

防治電磁兼容措施

抑制電磁污染的首要措施是找出污染源；其次是判斷污染侵入的路途，主要有傳導(dǎo)和輻射兩種方式，工作重點(diǎn)是確定干擾量。解決電磁兼容問題應(yīng)從產(chǎn)品的開發(fā)階段開始，并貫穿于整個(gè)產(chǎn)品或系統(tǒng)的開發(fā)，生產(chǎn)全過程。國內(nèi)外大量的經(jīng)驗(yàn)表明，在產(chǎn)品或系統(tǒng)的研制生產(chǎn)過程中越早注意解決電磁兼容問題，越可以節(jié)約人力與物力。

電磁兼容設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)是對電磁干擾源的研究，從電磁干擾源處控制其電磁發(fā)射是治本的方法。控制干擾源的發(fā)射，除了從電磁干擾源產(chǎn)生的機(jī)理著手降低其產(chǎn)生電磁噪聲的電平外，還需廣泛地應(yīng)用屏蔽（包括隔離）、濾波和接地技術(shù)。

屏蔽主要運(yùn)用各種導(dǎo)電材料，制造成各種殼體并與大地連接，以切斷通過空間的靜電耦合、感應(yīng)耦合或交變電磁場耦合形成的電磁噪聲傳播途徑，隔離主要運(yùn)用繼電器、隔離變壓器或光電隔離器等器件來切斷電磁噪聲以傳導(dǎo)形式的傳播途徑，其特點(diǎn)是將兩部分電路的地線系統(tǒng)分隔開來，切斷通過阻抗進(jìn)行耦合的可能。

濾波是在頻域上處理電磁噪聲的技術(shù)，為電磁噪聲提供一低阻抗的通路，以達(dá)到抑制電磁干擾的目的。例如，電源濾波器對50Hz的電源頻率呈現(xiàn)高阻抗，而對電磁噪聲頻譜呈現(xiàn)低阻抗。

接地包括接地、信號接地等。接地體的設(shè)計(jì)、地線的布置、接地線在各種不同頻率下的阻抗等不僅涉及產(chǎn)品或系統(tǒng)的電氣安全，而且關(guān)聯(lián)著電磁兼容和其測量技術(shù)。

發(fā)生電磁兼容問題三要素

系統(tǒng)要發(fā)生電磁兼容性問題，必須存在三個(gè)因素，即電磁騷擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備。所以，在遇到電磁兼容問題時(shí)，要從這三個(gè)因素入手，對癥下藥，消除其中某一個(gè)因素，就能解決電磁兼容問題。電磁騷擾源

任何形式的自然或電能裝置所發(fā)射的電磁能量，能使共享同一環(huán)境的人或其它生物受到傷害，或使其它設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)發(fā)生電磁危害，導(dǎo)致性能降級或失效，即稱為電磁騷擾源。一般說來電磁干擾源分為兩大類：自然干擾源與和人為干擾源。

（一）自然干擾源

主要來源于大氣層的天電噪聲、地球外層空間的宇宙噪聲。他們既是地球電磁環(huán)境的基本要素組成部分，同時(shí)又是對無線電通訊和空間技術(shù)造成干擾的干擾源。自然噪聲會對人造衛(wèi)星和宇宙飛船的運(yùn)行產(chǎn)生干擾，也會對彈道導(dǎo)彈運(yùn)載火箭的發(fā)射產(chǎn)生干擾。

（二）人為干擾源

是有機(jī)電或其他人工裝置產(chǎn)生電磁能量干擾，其中一部分是專門用來發(fā)射電磁能量的裝置，如廣播、電視、通信、雷達(dá)和導(dǎo)航等無線電設(shè)備，稱為有意發(fā)射干擾源。另一部分是在完成自身功能的同時(shí)附帶產(chǎn)生電磁能量的發(fā)射，如交通車輛、架空輸電線、照明器具、電動機(jī)械、家用電器以及工業(yè)、醫(yī)用射頻設(shè)備等等。因此這部分又成為無意發(fā)射干擾源。耦合途徑

即傳輸騷擾的通路或媒介。電磁干擾傳播途徑一般也分為兩種：即傳導(dǎo)耦合方式和輻射耦合方式。

任何電磁干擾的發(fā)生都必然存在干擾能量的傳輸和傳輸途徑（或傳輸通道）。通常認(rèn)為電磁干擾傳輸有兩種方式：一種是傳導(dǎo)傳輸方式；另一種是輻射傳輸方式。因此從被干擾的敏感器來看，干擾耦合可分為傳導(dǎo)耦合和輻射耦合兩大類。

（一）傳導(dǎo)耦合 傳導(dǎo)傳輸必須在干擾源和敏感器之間有完整的電路連接，干擾信號沿著這個(gè)連接電路傳遞到敏感器，發(fā)生干擾現(xiàn)象。這個(gè)傳輸電路可包括導(dǎo)線，設(shè)備的導(dǎo)電構(gòu)件、供電電源、公共阻抗、接地平板、電阻、電感、電容和互感元件等。

（二）輻射耦合 輻射傳輸是通過介質(zhì)以電磁波的形式傳播，干擾能量按電磁場的規(guī)律向周圍空間發(fā)射。常見的輻射耦合由三種：1.甲天線發(fā)射的電磁波被乙天線意外接受，稱為天線對天線耦合；2.空間電磁場經(jīng)導(dǎo)線感應(yīng)而耦合，稱為場對線的耦合；3.兩根平行導(dǎo)線之間的高頻信號感應(yīng)，稱為線對線的感應(yīng)耦合。

在實(shí)際工程中，兩個(gè)設(shè)備之間發(fā)生干擾通常包含著許多種途徑的耦合。正因?yàn)槎喾N途徑的耦合同時(shí)存在，反復(fù)交叉耦合，共同產(chǎn)生干擾，才使電磁干擾變得難以控制。敏感設(shè)備

敏感設(shè)備（Victim），是指當(dāng)受到電磁騷擾源所發(fā)出的電磁能量的作用時(shí)，會受到傷害的人或其它生物，以及會發(fā)生電磁危害，導(dǎo)致性能降級或失效的器件、設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)。許多器件、設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)既是電磁騷擾源又是敏感設(shè)備。敏感設(shè)備是對干擾對象總稱，它可以是一個(gè)很小的元件或一個(gè)電路板組件，也可以是一個(gè)單獨(dú)的用電設(shè)備甚至可以是一個(gè)大型系統(tǒng)。

第四篇：電磁兼容心得體會

電磁兼容大作業(yè)三

電磁兼容課學(xué)習(xí)心得

在本學(xué)期的學(xué)習(xí)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(shè)計(jì)實(shí)際上就是針對電子產(chǎn)品中產(chǎn)生的電磁干擾進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使之能成為符合各國或地區(qū)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。EMC的定義是：在同一電磁環(huán)境中，設(shè)備能夠不因?yàn)槠渌O(shè)備的干擾影響正常工作，同時(shí)也不對其它設(shè)備產(chǎn)生影響工作的干擾。

1，主要學(xué)習(xí)內(nèi)容

1、電磁干擾的危害主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是電氣、電子設(shè)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(shè)備或系統(tǒng)的抗電磁干擾能力，保證設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容性。

3、電磁兼容學(xué)科的主要研究內(nèi)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(xué)最基本的的任務(wù)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(xiàng)必要內(nèi)容。

3、電磁干擾的工程分析方法及控制技術(shù)

電磁兼容控制技術(shù)始終是電磁兼容學(xué)科中最活躍的課題。

4、電磁兼容的設(shè)計(jì)方法 費(fèi)效比的綜合考慮是電磁兼容性設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

5、電磁兼容性測量和試驗(yàn)技術(shù)

電磁兼容性測量和試驗(yàn)是一項(xiàng)非常重要的工作，它是產(chǎn)品電磁兼容性的最終考核手段并且應(yīng)當(dāng)貫穿于產(chǎn)品開發(fā)、試制的整個(gè)過程。

6、電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)和工程管理

電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)時(shí)電磁兼容件設(shè)計(jì)和試驗(yàn)的依據(jù)。

7、電磁兼容分析和預(yù)測

電磁兼容分析和預(yù)測是合理的電磁兼容性設(shè)計(jì)的的基礎(chǔ)。

8、電磁脈沖及其防護(hù)

電磁脈沖的干擾及其防護(hù)已成為近年來電磁兼容學(xué)科的一個(gè)重要研究內(nèi)容。

4、電磁兼容設(shè)計(jì)方法：

1、問題解決法

問題解決法是先研制設(shè)備，然后針對調(diào)試中出現(xiàn)的電磁干擾問題，采用各種電磁干擾抑制技術(shù)加以解決。

2、規(guī)范法

規(guī)范法是按頒布的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行設(shè)備或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造。

3、系統(tǒng)法

系統(tǒng)法是利用計(jì)算機(jī)軟件對某一特定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行電磁兼容性分析和預(yù)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(dāng)電源開關(guān)管V1由飽和導(dǎo)通到截止關(guān)斷時(shí)會產(chǎn)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(jìn)行充放電，從而產(chǎn)生阻尼振蕩，即產(chǎn)生振鈴，如圖4所示。變壓器初級漏感產(chǎn)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(hù)措施，反電動勢一般都會把電源開關(guān)管擊穿，同時(shí)反電動勢產(chǎn)生的阻尼振蕩還會產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁輻射，不但對機(jī)器本身造成嚴(yán)重干擾，對機(jī)器周邊環(huán)境也會產(chǎn)生嚴(yán)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(yīng)的方式，由帶電體或電流回路及磁感應(yīng)回路對外產(chǎn)生電磁輻射的。任何一根導(dǎo)體都可以看成是一根電磁感應(yīng)天線，任何一個(gè)電流回路都可以看成是一個(gè)環(huán)形天線，電感線圈和變壓器漏感也是電磁感應(yīng)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(jìn)行合理設(shè)計(jì)，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(gè)有源器件獨(dú)立供電，或單獨(dú)用一個(gè)儲能濾波電容供電(充滿電的電容可以看成是一個(gè)獨(dú)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(chǎn)生串?dāng)_；把電源引線的地和信號源的地嚴(yán)格分開，或?qū)π盘栆€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(jìn)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(dāng)于雙回路，干擾信號也會互相抵消，屏蔽效果非常顯著；機(jī)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(dǎo)電材料(如石墨)進(jìn)行電磁干擾屏蔽。

第五篇：電磁兼容整改

1、整改階段，此階段是產(chǎn)品EMC設(shè)計(jì)的初步階段,及在產(chǎn)品第一論開始設(shè)計(jì)時(shí)，并沒有考慮EMC方面的問題，等到產(chǎn)品功能調(diào)試完成，樣子出來后進(jìn)行EMC測試時(shí)，才發(fā)現(xiàn)EMC問題的存在，于是通過采用各種臨時(shí)措施使產(chǎn)品通過EMC測試。用這種方法即使使產(chǎn)品最終達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的EMC要求，常常也會因要進(jìn)行較大的改動，導(dǎo)致較高的成本。如果是因?yàn)槠帘螁栴}往往會涉及結(jié)構(gòu)模具改動，如果因?yàn)榻涌跒V波問題就會對產(chǎn)品原理圖進(jìn)行改動，同時(shí)導(dǎo)致PCB的重新設(shè)計(jì)，還有可能會因?yàn)橄到y(tǒng)接地問題，那就會對整個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)重新做調(diào)整，重新設(shè)計(jì)。深圳有一家著名的儀器企業(yè)某款產(chǎn)品由于電磁兼容問題整改導(dǎo)致產(chǎn)品延遲海外上市一年，同時(shí)研發(fā)費(fèi)用增加五十萬元人民幣！這種通過研發(fā)后期測試發(fā)現(xiàn)問題然后再對產(chǎn)品進(jìn)行的測試修補(bǔ)的方法，往往會導(dǎo)致企業(yè)產(chǎn)品不能及時(shí)取得認(rèn)證而上市。它是目前很多走向國際市場公司研發(fā)部門所面臨的困惑。整改的概念與企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)流程也不符合。

2、技術(shù)設(shè)計(jì)階段。這個(gè)階段，企業(yè)一般已經(jīng)有了一定EMC的技術(shù)，并有時(shí)還會有專職的EMC工程師負(fù)責(zé)EMC工作，與其它開發(fā)人員一起在產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)的同時(shí)，考慮EMC問題，如產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)會考慮濾波，屏蔽，接地等。企業(yè)的產(chǎn)品工程師還會通過短期的培訓(xùn)以掌握EMC設(shè)計(jì)的基本方法，甚至有些企業(yè)會將EMC設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開發(fā)的流程結(jié)合在一起。能從設(shè)計(jì)流程的早期階段就導(dǎo)入一定的EMC設(shè)計(jì)策略,從產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(chǎn)品所有的EMC問題已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，不但減少許多不必要的人力及研發(fā)成本，縮短產(chǎn)品上市周期。但是，處于這個(gè)階段的EMC設(shè)計(jì)方法，也有很多局限性，具體表現(xiàn)在：

a.參與EMC設(shè)計(jì)人員掌握了一些EMC設(shè)計(jì)原理和理論知識，如，他們懂得如何設(shè)計(jì)濾波器、如何設(shè)計(jì)屏蔽，如何進(jìn)行PCB布線布線，如何防止串?dāng)_等等，但是他們往往缺乏結(jié)合產(chǎn)品系統(tǒng)的特點(diǎn)，從產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)架上來考慮EMC問題。

b.設(shè)計(jì)過程中沒有引入風(fēng)險(xiǎn)的意思，也沒有風(fēng)險(xiǎn)評估手段，因此不能預(yù)測后期會產(chǎn)生后果，并有量的把握。

c.設(shè)計(jì)太理論化，而且各個(gè)部分的設(shè)計(jì)相對分散。如，各個(gè)EMC性能非常好的模塊組合在一起不一定是一個(gè)EMC性能很好的系統(tǒng)。

d.沒有方法論的指導(dǎo)，因此，對于一些可以從多方面可以解釋的設(shè)計(jì)，很容易引起爭論。其實(shí)，這階段還是屬于技術(shù)應(yīng)用的混濁狀態(tài)，縱然設(shè)計(jì)人員已經(jīng)掌握了“技術(shù)”，但是還不能將其轉(zhuǎn)化為簡單可行的“方法”，因此也很難實(shí)現(xiàn)一些仿真。目前大多數(shù)企業(yè)（而且是國內(nèi)EMC技術(shù)比較領(lǐng)先或投入比較多的企業(yè)）都處在這個(gè)狀態(tài)中。

3、方法論階段，將1，2階段的整改和設(shè)計(jì)技術(shù)上升為一種方法論，通過此方法論可以很好的，系統(tǒng)的指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)?？梢赃\(yùn)用這個(gè)方法論輸出詳細(xì)、系統(tǒng)的分析報(bào)告，分析有利有節(jié)。不但有充分的理論依據(jù)還緊密與產(chǎn)品的特點(diǎn)結(jié)合在一起。如果說上一階段的EMC設(shè)計(jì)是從技術(shù)本身出發(fā)的，那么這個(gè)階段強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的本身，并實(shí)現(xiàn)技術(shù)與產(chǎn)品緊密結(jié)合。本書

所述的“產(chǎn)品EMC設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)評估法”EMC設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展到這個(gè)階段的產(chǎn)物，它看上去似乎脫離的EMC技術(shù)本身，實(shí)質(zhì)上與EMC技術(shù)是密不可分的，方法論也是建立在各種“零散”技術(shù)的基礎(chǔ)上的。

4、仿真階段。設(shè)計(jì)人員要很好的運(yùn)用仿真軟件，建立一種符合產(chǎn)品實(shí)際情況的模型為產(chǎn)品設(shè)計(jì)服務(wù)，就要用方法論。方法論是仿真的基礎(chǔ)和前提條件。它是產(chǎn)品EMC設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的最高階段，仿真軟件實(shí)現(xiàn)了方法論的電腦輔助自動化設(shè)計(jì)，大大減輕人工的投入，這是EMC設(shè)計(jì)技術(shù)的最高境界。

前言

電磁干擾的觀念與防制﹐在國內(nèi)已逐漸受到重視。雖然目前國內(nèi)并無嚴(yán)格管制電子產(chǎn)品的電磁干擾（EMI）﹐但由于歐美各國多已實(shí)施電磁干擾的要求﹐加上數(shù)字產(chǎn)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(guān)系﹐經(jīng)常遇到許多產(chǎn)品已完成成品設(shè)計(jì)﹐因無法通過EMI測試﹐而使設(shè)計(jì)工程師花費(fèi)許多時(shí)間和精力投入EMI的修改﹐由于屬于事后的補(bǔ)救﹐往往投入許多時(shí)間與金錢﹐甚而影響了產(chǎn)品上市的時(shí)機(jī)

2.正確的診斷

要解決產(chǎn)品上的EMI問題﹐若能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初便加以考慮﹐則可以節(jié)省事后再投入許多時(shí)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(guī)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(shè)計(jì)工程師及EMI工程師是非常重要的。

事實(shí)上﹐我們?nèi)绻袳MI當(dāng)做一種疾病﹐當(dāng)然平時(shí)的預(yù)防保養(yǎng)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(fèi)時(shí)。故在EMI的問題上﹐常?？吹揭粋€(gè)EMI有問題的產(chǎn)品﹐由于未能找到造成EMI問題的關(guān)鍵﹐花了許多時(shí)間﹐下了許多對策﹐卻始終無法解決﹐其中亦不乏專業(yè)的EMI工程師。以往談到EMI往往強(qiáng)調(diào)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(chǎn)品上加了一大堆EMI抑制組件﹐其結(jié)果往往只會使EMI情況更糟。筆者起初接觸產(chǎn)品EMI對策修改時(shí)﹐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(jīng)驗(yàn)談。而后亦聽到許多EMI工程師談到類似的經(jīng)驗(yàn)。本文中將舉出實(shí)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(dāng)然從對策上而言﹐每一個(gè)產(chǎn)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(dāng)?shù)膶Σ擤o另外也提供專業(yè)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(jīng)驗(yàn)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(tǒng)的方式﹐快速的找出EMI的問題。我們

并不準(zhǔn)備探討一些理論計(jì)算或公式推演﹐將從實(shí)務(wù)上說明。

當(dāng)一個(gè)產(chǎn)品無法通過EMI測試﹐首先就要有一個(gè)觀念﹐找出無法通過的問題點(diǎn)﹐此時(shí)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(jīng)驗(yàn)的EMI工程師﹐由于修改過許多相關(guān)產(chǎn)品﹐對于產(chǎn)品可能造成EMI問題的地方也非常了解﹐而習(xí)慣直接就下藥方﹐當(dāng)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(fā)現(xiàn)問題的關(guān)鍵都是起行認(rèn)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(chǎn)品特性熟不熟﹐我們都要逐一再確認(rèn)一次﹐甚而多次確認(rèn)。這是因?yàn)樵斐蒃MI的問題往往是錯綜復(fù)雜﹐并非單一點(diǎn)所造成。故反復(fù)的做確認(rèn)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(guān)鍵點(diǎn)﹐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(shí)﹐許多資深EMI工程師在其對策處理時(shí)﹐大部份的時(shí)間都在重復(fù)這些步驟與判斷。筆者要再次強(qiáng)調(diào)﹐只有真正找到造成EMI問題的關(guān)鍵﹐才是解決EMI的最佳途徑﹐若僅憑理論推測或經(jīng)驗(yàn)判斷﹐有時(shí)反而會花費(fèi)更多的時(shí)間和精力。

■步驟一

將桌子轉(zhuǎn)到待測（EUT）最大發(fā)射的位置﹐初步診斷可能的原因﹐并關(guān)掉EUT電源加以確認(rèn)。

（說明）

由于EMI測試上﹐EUT必須轉(zhuǎn)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(dāng)我們發(fā)現(xiàn)無法通過測試時(shí)﹐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(zhuǎn)到最差角度﹐此時(shí)我們知道在EUT面對天線的這一面輻射最強(qiáng)﹐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(jīng)過等。

另外須注意的是要關(guān)掉EUT的電源﹐看噪聲是否存在﹐以確定噪聲確實(shí)是由EUT所產(chǎn)生。曾見測試Monitor一直無法解決某一點(diǎn)的干擾﹐結(jié)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(fā)現(xiàn)某幾點(diǎn)無法通過﹐由測試接收儀器的聲音判斷應(yīng)是Monitor產(chǎn)生﹐結(jié)果關(guān)掉電源發(fā)現(xiàn)噪聲依然存在﹐所以關(guān)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(jī)板內(nèi)的噪聲輻射出來。事實(shí)上﹐仔細(xì)分析造成EMI的關(guān)鍵﹐我們可以用一個(gè)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(chǎn)生輻射的情形﹐若僅單獨(dú)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(yīng)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(chǎn)生輻射的條

件----天線。以往我們最?？吹秸凟MI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?yàn)檫@一部份在電路板布線（Layout)時(shí)就須仔細(xì)考慮﹐若板子已完成則此時(shí)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(zhì)與花費(fèi)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(shí)候是我們沒有解決其輻射的天線效應(yīng)。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(dǎo)測試）。

在此我們整理了產(chǎn)生輻射常見的幾種情形供讀者參考。

（1）機(jī)器外部連接之電纜成為輻射天線

由于機(jī)器本身外部所連接的電纜成為天線效應(yīng)﹐將噪聲輻射到空間﹐此時(shí)噪聲的大小和電纜的長度有關(guān)﹐因電纜的天線效應(yīng)相對于噪聲半波長時(shí)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(gè)問題前必須要做一些判斷﹐否則很容易疏忽而浪費(fèi)時(shí)間。（a）噪聲是由機(jī)器內(nèi)部電路板或接地所產(chǎn)生

此情形為將電纜取下﹐或加一Core則噪聲減低或消失。此時(shí)必須做的一個(gè)步驟是將線靠近機(jī)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(shí)判定由機(jī)器內(nèi)部產(chǎn)生﹐若將電纜靠近而干擾噪聲馬上升高﹐由此時(shí)請參考（b）的說明。

（b）噪聲是由機(jī)器內(nèi)部耦合到電纜線上﹐而使電纜成為輻射天線。

這一點(diǎn)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(jī)器本身的噪聲能量相當(dāng)大﹐一旦有天線靠近則立刻會耦合至天線而輻射出來。在實(shí)際測試中﹐我們發(fā)現(xiàn)許多通訊產(chǎn)品有這類情形發(fā)生﹐此時(shí)若單純用Core或Bead去處理﹐并不能真正的解決問題。

（2）機(jī)器內(nèi)部的引線﹐連接線成為輻射天線

由于許多產(chǎn)品內(nèi)部常有一些電線彼此連接工作廳﹐當(dāng)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(diǎn)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(fā)射天線﹐此種情形當(dāng)外部電纜都取下﹐而僅剩電路板時(shí)﹐在頻譜儀上可看見噪聲依然存在﹐此時(shí)可用探棒測量電路板噪聲最強(qiáng)的地方﹐找到輻射的問題加以解決。關(guān)于探測的工具及方法﹐將于后詳細(xì)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(yùn)作時(shí)產(chǎn)生很大的輻射﹐使得EMI測試無法通過﹐卵石種

情往往在經(jīng)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(gè)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(shí)﹐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(jīng)過﹐當(dāng)然若情況允許﹐將整個(gè)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(guān)鍵的地方就是電線的問題﹐當(dāng)有了適當(dāng)?shù)奶炀€條件存在很容易就產(chǎn)生干擾﹐另外電源線往往亦是造成天線效應(yīng)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(chǎn)品有電池設(shè)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(chǎn)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(chǎn)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(shù)個(gè)）判斷﹐對于200MHz以上的噪聲﹐由于此時(shí)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(fā)現(xiàn)電源線會產(chǎn)生輻射時(shí)如何解決﹐一般皆不好處理﹐通常先想辦法使機(jī)器內(nèi)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(shí)也會有很好的效果。

由這一點(diǎn)我們可知道﹐除了要使可冊產(chǎn)生輻射噪聲的組件遠(yuǎn)離I/O Port外﹐其也須盡量遠(yuǎn)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(dǎo)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(xiàng)方式大略找了一下問題后﹐我們必須再做一些檢查﹐因?yàn)橥高^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(shí)將松掉的螺絲上緊﹐可加強(qiáng)電纜線的屏蔽效果。另外可檢查看看機(jī)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(dá)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(jī)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(shí)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(jī)器接頭的密合度﹐這一點(diǎn)也是實(shí)測上很容易被疏忽﹐而會誤判機(jī)器的EMI為何每次測時(shí)好時(shí)壞﹐或花許多時(shí)間在其它的對策上面.