第一篇：電磁兼容性基礎(chǔ)知識(shí)及其實(shí)現(xiàn)-接地(連載5)

電磁兼容性基礎(chǔ)知識(shí)及其實(shí)現(xiàn)-接地(連載5)

3.1屏蔽的理論方法

3.1.1電纜選擇原則

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

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

·單點(diǎn)接地的音頻線路和內(nèi)部電源線，用雙絞線。

·在重要發(fā)射射頻脈沖、高頻、寬頻帶內(nèi)阻抗匹配等處，用同軸線。

·數(shù)字電路，脈沖電路，用絞合屏蔽電纜，有時(shí)需要單獨(dú)屏蔽。

·高電平電源線，用鍍鋅鋼管屏蔽。

·多點(diǎn)接地的音頻或電源線，需要用屏蔽線。

·對(duì)低頻儀表，可用單芯、單屏蔽導(dǎo)線。當(dāng)傳輸中等信號(hào)電平并有良好接地系統(tǒng)時(shí)，效果比較好。

3.1.2屏蔽的理論方法

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

然而，對(duì)實(shí)際中的復(fù)雜硬件幾乎不能直接應(yīng)用這些方程式。電場和磁場的衰減用從試驗(yàn)中得到的方程式能夠更好的表達(dá)，這些方程式在屏蔽的設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用。有許多因素會(huì)影響電磁能量源周圍的場。

源的種類賦予了場一些特征，如輻射幅度。距離源的距離和電磁波傳輸?shù)拿浇榈奶匦远紩?huì)影響場與屏蔽之間的相互作用。

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

源上的驅(qū)動(dòng)電壓決定了干擾的特性。例如，環(huán)天線中流動(dòng)的電流與較低的驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)應(yīng)。結(jié)果是在天線附近產(chǎn)生較小的電場和較大的磁場，具有較低的波阻抗。

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

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

在設(shè)計(jì)屏蔽控制輻射時(shí)，這個(gè)概念十分有用。由于這時(shí)屏蔽殼與源之間的距離通常在厘米數(shù)量級(jí)，相對(duì)于屏蔽電磁波為近場的情況。在遠(yuǎn)場，電場和磁場都變?yōu)槠矫娌ǎ?，波阻抗等于自由空間的特性阻抗。

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

對(duì)于任何電磁干擾，屏蔽作用由三種機(jī)理構(gòu)成。入射波的一部分在屏蔽體的前表面反射，另一部分被吸收，還有一部分在后表面反射.表3.1信號(hào)強(qiáng)度的衰減 表3.2屏蔽衰減極限值 dB 衰減的百分比 10 90 20 99 30 99.9 40 99.99 50 99.999 60 99.9999 70 99.99999 dB 評(píng)價(jià) 0～10 屏蔽很少 10～30 有意義的屏蔽的下限 30～60平均屏蔽量 60～90 屏蔽較好 90～120 屏蔽很好 120以上 現(xiàn)有技術(shù)的極限

表3.3給出了一些常用屏蔽材料的相對(duì)導(dǎo)電率和導(dǎo)磁率。如果吸收因子6dB以上，多次反射因子B可以忽略，僅當(dāng)屏蔽層很薄或頻率低于20KHz時(shí)，B才是重要的。在設(shè)計(jì)磁屏蔽時(shí)，特別是14KHz以下時(shí)，除了吸收損耗外，其它因素都可以忽略。同樣，在設(shè)計(jì)電場或平面波屏蔽時(shí)，只考慮反射因子。當(dāng)一束電磁波碰到屏蔽體時(shí)，在表面上感應(yīng)出電流。屏蔽的一個(gè)作用是將這些電流在最小擾動(dòng)的情況下送到大地，如果在電流的路徑上有開口，電流受到擾動(dòng)要繞過開口。較長的電流路徑帶來附加阻抗，因此在開口上有電壓降。這個(gè)電壓在開口上感應(yīng)出電場并產(chǎn)生輻射。當(dāng)開口的長度達(dá)到λ/4時(shí)，就變成效率很高的輻射體，能夠?qū)⒄麄€(gè)屏蔽體接收到的能量通過開口發(fā)射出去。為了限制開口效應(yīng)，一個(gè)一般的規(guī)則是，如果屏蔽體的屏蔽效能要達(dá)到60dB，開口長度在感興趣的最高頻率處不能超過0.01λ。每隔一定間隔接觸的復(fù)合或用指形簧片連接的縫隙可以作為一系列開口來處理。值得指出的是，材料本身的屏蔽特性并不是十分重要的，相比之下縫隙開口等屏蔽不連續(xù)性是更應(yīng)該注意的因素。表3.3用于屏蔽的金屬特性 金屬 相對(duì)收導(dǎo)率σr 相對(duì)磁導(dǎo)率μr 銀 1.05 1 銅 1.00 1 鋁 0.61 1 鋅 0.29 1 黃銅 0.26 1 鎳 0.20 1 鐵 0.17 1000 銅 0.10 1000 化學(xué)鍍鎳 0.02 1

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

保證在兩個(gè)有細(xì)微不規(guī)則的金屬交配面間提供良好的接觸。有效的環(huán)境密封性能有時(shí)也可以通過特殊泡沫內(nèi)芯提供。它多維的細(xì)胞結(jié)構(gòu)滑入空隙和空格，柔軟的泡沫使得機(jī)箱的門更加易于開關(guān)和鎖緊。屏蔽性能 對(duì)于這種材料從３０ＭＨｚ到１ＧＨｚ可以達(dá)到平均６０dB的衰減。安裝磁屏蔽膠帶 對(duì)于小器件或者屏蔽要求不嚴(yán)格的場合可以用薄膠帶卷起來達(dá)到屏蔽的效果，很難確定需要繞多少圈。因?yàn)榇艑?dǎo)率的下降與被屏蔽物體的形狀有關(guān)，通常要繞數(shù)圈，這相當(dāng)于多層屏蔽。因此最后的方法是邊繞邊進(jìn)行實(shí)際的測試，這種方法很容易進(jìn)行修改，但很難獲得比較好的屏蔽效果。

機(jī)殼上的出入口問題，使用以前討論過的技術(shù)和材料，不難使一個(gè)機(jī)殼在從直流直到可見光電磁波頻率范圍內(nèi)提供１１０dＢ的屏蔽效能。當(dāng)然，除了低頻磁場屏蔽，但在實(shí)際中不可能獲得理論上的屏蔽效果，因?yàn)闄C(jī)殼所必須的出入口和穿透孔破壞了機(jī)殼的完整性，使屏蔽效能降低，如下圖所示：

一些破壞機(jī)殼完整性的因素 加載硅樹脂填料。另一方法是指形物支撐，采用銅鈹合金指形支撐物應(yīng)小心使用，那么就不太容易損壞。一般來講，最好的方法是采用編織導(dǎo)線網(wǎng)或加有金屬微粒的硅樹脂填料 第３章討論了在屏蔽門上用適當(dāng)?shù)奶盍系膶?shí)踐，第９章討論了屏蔽室的門結(jié)構(gòu)。但是，除了門以外，在屏蔽的設(shè)計(jì)中需要考慮以下的一些或全部因素：

·蓋板；

·通用孔；

·測量儀表的指示窗；

·顯示窗；

·電位器軸；

·指示燈；

·保險(xiǎn)絲；

·開關(guān)； ·電源線和信號(hào)線連接器?？刂戚S 使用金屬控制軸的地方，如電位器，控制軸要穿透屏蔽外殼。因此，它們應(yīng)通過填充導(dǎo)電填料來密封，通常使用編織金屬網(wǎng)，控制軸應(yīng)穿過填充的金屬絕緣管。典型的結(jié)構(gòu)如圖６.８所示，其中絕緣管與機(jī)殼面板電氣相連。

作者: 王清洲 日期: 2001-7-19

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第二篇：接地處理對(duì)電磁兼容性的作用

接地處理對(duì)電磁兼容性的作用

圈子類別：電子(未知)2010-3-19 18:18:00

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按照工程要求,許多電氣電子設(shè)備或系統(tǒng)必須進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計(jì)考核控制,為了使設(shè)備滿

足相關(guān)的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)和工程要求,合理的屏蔽、濾波、接地、隔離等措施是必不可少的。對(duì)于較復(fù)雜的設(shè)備,由于構(gòu)成設(shè)備的電磁兼容性能的因素復(fù)雜,并且設(shè)備的屏蔽、濾波、接地以及布線等設(shè)計(jì)效果是相互關(guān)聯(lián)的,一般情況下,不可能由某一單項(xiàng)措施完成解決設(shè)備的電磁兼容性問題,多數(shù)設(shè)備必須是各種措施綜合應(yīng)用。另外,有些情況下,某種措施應(yīng)用不恰當(dāng)或工藝處理不到位也會(huì)使設(shè)備的電磁發(fā)射得不到良好控制。這里,我們將介紹電纜屏蔽層、濾波器接地對(duì)設(shè)備或系統(tǒng)的電磁發(fā)射和電磁敏感度影響的幾個(gè)實(shí)例。良好的接地處理對(duì)設(shè)備電磁發(fā)射的改善

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

設(shè)備的濾波、內(nèi)部干擾源模塊屏蔽、外殼結(jié)構(gòu)屏蔽設(shè)計(jì)均考慮比較周到。

但第一次測試CE03、RE02超標(biāo)較為嚴(yán)重。打開機(jī)柜我們發(fā)現(xiàn),設(shè)備內(nèi)部有些方面還欠考慮,并發(fā)現(xiàn)設(shè)備的電源濾波器安裝底座表面涂有油漆,濾波器沒有良好的接地可能是CE03、RE02嚴(yán)重超標(biāo)的主要原因。

我們檢查了濾波器的安裝情況,將濾波器安裝底座表面油漆鏟除并涂敷導(dǎo)電膠,使濾波器殼體與設(shè)備機(jī)殼得到良好地面接觸、將風(fēng)機(jī)的電源線先經(jīng)過濾波器然后供風(fēng)機(jī)等等。僅18.8MHz超標(biāo)30dB。測試現(xiàn)場對(duì)RE02結(jié)果再次進(jìn)行分析、進(jìn)一步整改,將設(shè)備內(nèi)部開關(guān)電源屏蔽罩由懸浮改為接機(jī)殼地后,RE02發(fā)射下降很大,僅在19.3MHz超標(biāo)5dB。電纜屏蔽層接地對(duì)提高設(shè)備或系統(tǒng)敏感度的作用

(1)某動(dòng)力裝置綜合控制系統(tǒng)共有20多臺(tái)套設(shè)備,具有冷、熱啟動(dòng);自動(dòng)測試和遙操;對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、隔離、放大等的操作與管理等功能。系統(tǒng)的電磁兼容性直接影響該動(dòng)力綜合控制系統(tǒng)的安全和可靠運(yùn)行,因此,該動(dòng)力綜合控制系統(tǒng)一直很重視電磁兼容工作。

在電磁兼容性設(shè)計(jì)中,該系統(tǒng)從元器件的選擇嚴(yán)格把關(guān),電路設(shè)計(jì)中通常的信號(hào)隔離、電源線加磁環(huán)等方法均做到了合理應(yīng)用,尤其是對(duì)機(jī)柜的結(jié)構(gòu)、工藝投入了相當(dāng)?shù)木唾Y金,就設(shè)備的敏感度而言考核全部合格。

但是,在設(shè)備連接成系統(tǒng)后,系統(tǒng)有些細(xì)節(jié)被忽視,出現(xiàn)了敏感現(xiàn)象。系統(tǒng)中某裝置與該動(dòng)力

裝置綜合顯控臺(tái)互連電纜沒有屏蔽層,線上注入CS114干擾在1.2MHz~3MHz時(shí),數(shù)據(jù)傳遞出現(xiàn)了誤碼。

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

管。由于試驗(yàn)中屏蔽波紋管兩端接地處理不規(guī)范、不到位,當(dāng)線上注入CS114干擾在0.95MHz~2.05MHz時(shí),顯示的計(jì)數(shù)率出現(xiàn)不正常值。第一個(gè)問題中我們將原互連電纜換成屏蔽電纜并進(jìn)行了較好接地處理,第二個(gè)問題中我們將屏蔽波紋管接地進(jìn)行了規(guī)范處理,再次進(jìn)行了CS114干擾注入,設(shè)備敏感現(xiàn)象消失。

(2)某設(shè)備顯控裝置敏感度試驗(yàn)中,在其電源線上施加CS06尖峰干擾,在施加干擾規(guī)定的時(shí)

間內(nèi)該設(shè)備顯示器出現(xiàn)了黑屏。設(shè)備單位對(duì)此問題進(jìn)行了綜合性整改,如顯示器電源加對(duì)地電容、整理內(nèi)部走線等,另外一項(xiàng)整改措施是將視頻電纜屏蔽層的兩端接地(原視頻電纜屏蔽層兩端均未接地)。經(jīng)過上述改進(jìn)重復(fù)試驗(yàn)設(shè)備顯示正常。

多年的工作實(shí)踐我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)電磁兼容性與設(shè)備、系統(tǒng)的功能、性能直接相關(guān)時(shí),設(shè)計(jì)師們對(duì)此是比較關(guān)注的,而當(dāng)電磁兼容性與設(shè)備、系統(tǒng)的功能、性能沒有直接關(guān)系的地方,如結(jié)構(gòu)、布線、工藝等方面則容易被忽視,其實(shí),多數(shù)情況下設(shè)備、系統(tǒng)發(fā)生敏感問題多為此類原因造成,而且,一旦問題發(fā)生整改所需的代價(jià)有時(shí)也是很大的。

第三篇：電磁兼容性實(shí)現(xiàn)途徑及方法

電磁兼容性實(shí)現(xiàn)途徑及方法

這要從分析形成電磁干擾后果的基本要素出發(fā)。由電磁騷擾源發(fā)射的電磁能量，經(jīng)過耦合途徑傳輸?shù)矫舾性O(shè)備，這個(gè)過程稱為電磁干擾效應(yīng)。因此，形成電磁干擾后果必須具備三個(gè)基本要素：

1、電磁騷擾

任何形式的自然現(xiàn)象或電能裝置所發(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，或使其他設(shè)備分系統(tǒng)或系統(tǒng)發(fā)生電磁危害，導(dǎo)致性能降級(jí)或失效，這種自然現(xiàn)象或電能裝置即稱為電磁騷擾源。

2、耦合途徑

耦合途徑即傳輸電磁騷擾的通路或媒介。

3、敏感設(shè)備（Victim)

敏感設(shè)備是指當(dāng)受到電磁騷擾源所發(fā)射的電磁能量的作用時(shí)，會(huì)受到傷害的人或其它生物，以及會(huì)發(fā)生電磁危害，導(dǎo)致性能降級(jí)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)可以既是電磁騷擾源又是敏感設(shè)備。

為了實(shí)現(xiàn)電磁兼容，必須從上面三個(gè)基本要素出發(fā)，運(yùn)用技術(shù)和組織兩方面措施。所謂技術(shù)措施，就是從分析電磁騷擾源、耦合途徑和敏感設(shè)備著手，采取有效的技術(shù)手段，抑制騷擾源、消除或減弱騷擾的耦合、降低敏感設(shè)備對(duì)騷擾的響應(yīng)或增加電磁敏感性電平;為個(gè)對(duì)人為騷擾進(jìn)行限制，并驗(yàn)證所采用的技術(shù)措施的有效性，還必須采取組織措施，制訂和遵循一套完整的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，進(jìn)行合理的頻譜分配，控制與管理頻譜的使用，依據(jù)頻率、工作時(shí)間、天線方向性等規(guī)定工作方式，分析電磁環(huán)境并選擇布置地域，進(jìn)行電磁兼容性管理等。

電磁兼容性是電子設(shè)備或系統(tǒng)的主要性能之一，電磁兼容設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)設(shè)備或系統(tǒng)規(guī)定的功能、使系統(tǒng)效能得以充分發(fā)揮的重要保證。必須在設(shè)備或系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的同時(shí)，進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)。

電磁兼容設(shè)計(jì)的目的是使所設(shè)計(jì)的電子設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)期的電磁環(huán)境中實(shí)現(xiàn)電磁兼容。其要求是使電子設(shè)備或系統(tǒng)滿足EMC標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定并具有兩方面的能力：

1.能在預(yù)期的電磁環(huán)境中正常工作，無性能降低或故障;

2.對(duì)該電磁環(huán)境不是一個(gè)污染源。

為個(gè)實(shí)現(xiàn)電磁兼容，必須深入研究以下五個(gè)問題：

第一，對(duì)于電磁騷擾源的研究，包括電磁騷擾源的頻域和時(shí)域特性，產(chǎn)生的機(jī)理以及抑制措施等的研究。

第二，對(duì)于電磁騷擾傳播特性的研究，即研究電磁騷擾如何由騷擾源傳播到敏感設(shè)備，包括對(duì)傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾的研究。傳導(dǎo)騷擾是指沿著導(dǎo)體傳輸?shù)碾姶膨}擾，輻射騷擾即由器件、部件、連接線、電纜或天線，以及設(shè)備呀系統(tǒng)輻射的電磁騷擾。

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

第四，對(duì)于測量設(shè)備測量方法與數(shù)據(jù)處理方法的研究。由于電磁騷擾十分復(fù)雜，測量與評(píng)價(jià)需要有許多特殊要求，例如測量接收機(jī)要有多種檢波方式，多種測量帶寬、大過載系數(shù)、嚴(yán)格的中頻濾波特性等，還要求測量場地的傳播特性與理論值符合得很好等。如何評(píng)價(jià)測量結(jié)果，也是個(gè)重點(diǎn)問題，需要應(yīng)用概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等數(shù)學(xué)工具。

第五，對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)、系統(tǒng)間電磁兼容性的研究。系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性是指在給定系統(tǒng)內(nèi)部的分系統(tǒng)、設(shè)備及部件之間的電磁兼容性，而給定系統(tǒng)與它運(yùn)行時(shí)所處的電磁環(huán)境，或與其他系統(tǒng)之間的電磁兼容性即系統(tǒng)間電磁兼容性，這方面的研究需要廣泛的理論知識(shí)與的豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

還應(yīng)當(dāng)指出，由于電磁兼容是抗電磁騷擾的擴(kuò)展與延伸，它研究的重點(diǎn)則是設(shè)備或系統(tǒng)的非預(yù)期效果和非工作性能，非預(yù)期發(fā)射和非預(yù)期響應(yīng)，而在分析騷擾的迭加和出現(xiàn)概率時(shí)，還需按最不利的情況考慮，即所謂的“最不利原則”，這些都比研究設(shè)備或系統(tǒng)的工作性能復(fù)雜得多。

總之，電磁兼容學(xué)是一門綜合性的邊緣學(xué)科，其核心仍然是電磁波，其理論基礎(chǔ)包括數(shù)學(xué)、電磁場理論、電路理論、微波理論與技術(shù)、天線與電波傳播理論、通信理論、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)與控制理論、機(jī)械工藝學(xué)、核物理學(xué)、生物醫(yī)學(xué)以及法律學(xué)、社會(huì)學(xué)等內(nèi)容。現(xiàn)在，電磁兼容學(xué)已成為國內(nèi)外矚目的迅速發(fā)展的學(xué)科，預(yù)計(jì)在21世紀(jì)，它還將獲得更加迅速的發(fā)展。

第四篇：通信開關(guān)電源的電磁兼容性

通信開關(guān)電源的電磁兼容性: 摘要:簡要介紹了通信開關(guān)電源的電磁兼容性要求、國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)、電磁兼容性的成因、研究解決方法及國內(nèi)通信開關(guān)電源的電磁兼容性現(xiàn)狀.引言

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

電磁兼容性是指設(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)境中的任何事物構(gòu)成不能隨的電磁搔擾的能力

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

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

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

自YD/T983標(biāo)準(zhǔn)開始起草以來,國內(nèi)通信電源制造商紛紛開始電磁兼容性的研究.由于電磁兼容性測試儀器、試驗(yàn)場地建設(shè)費(fèi)用很高,且需要有經(jīng)驗(yàn)的研發(fā)人員,很多制造商不能有自己的試驗(yàn)室,對(duì)電磁兼容性的研究造成了一定的困難.YD/T983標(biāo)準(zhǔn)中,抗擾度指標(biāo)選用了國外標(biāo)準(zhǔn)中較低等級(jí).除雷擊浪涌、ESD及EFT指標(biāo)外,其它抗擾度指標(biāo)均比較容易達(dá)到要求.電磁搔擾指標(biāo)如傳導(dǎo)搔擾及輻射搔擾指標(biāo),由于很難滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求,是目前電磁兼容性研究的熱點(diǎn)內(nèi)容.國內(nèi)只有極少數(shù)的廠家可以完全達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)的要求.中興通信建立了自己的電磁兼容性試驗(yàn)室,在通信開關(guān)電源研發(fā)的初期,就致力于電磁兼容性的研究工作.其通信開關(guān)電源的前級(jí)運(yùn)用最先進(jìn)的有源功率因數(shù)校正技術(shù)加無損吸收電路,后級(jí)DC-DC采用零電壓零電流(ZVZCS)相移諧振軟開關(guān)技術(shù)或雙管正激無損吸收軟開關(guān)技術(shù),通過專業(yè)的電源輸入輸出濾波器設(shè)計(jì)及防雷設(shè)計(jì),以及對(duì)整機(jī)的安全性、數(shù)字接口電路的抗靜電設(shè)計(jì)及抗快速瞬變脈沖群設(shè)計(jì),對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)洽到好處的電磁靜電設(shè)計(jì)及抗快速瞬變脈沖群設(shè)計(jì),對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)洽到好處的電磁屏蔽設(shè)計(jì),不僅使整機(jī)內(nèi)部的電磁環(huán)境良好,工作穩(wěn)定,可靠性提高,也使通信開關(guān)電源對(duì)外的電流諧波、電起伏和閃爍、傳導(dǎo)搔擾及輻射搔擾達(dá)到或超過CISJPR22標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的A級(jí)要求.使輸入交流電源線能夠承受至少±6KV(1.2/50us與8/20us的綜合波)浪涌電壓搔擾、直流電源線能夠承受至少±2KV的浪涌電壓;整機(jī)外部能夠承受至少±8KV的靜電放電及3V/M的高頻電磁場搔擾,300A/M的工頻磁場搔擾.寬廣的交流輸入電壓范圍,使整機(jī)的電壓跌落、電壓瞬變及電壓短時(shí)中斷等搔擾過后,開關(guān)電源能夠正常工作.專業(yè)的采集全國各地的電網(wǎng)搔擾電壓,均在中興開關(guān)電源上經(jīng)過驗(yàn)證分析.中興通信系列開關(guān)電源的電磁兼容性指標(biāo),已完全滿足并超過了YD/T983-1998《通信開關(guān)電源設(shè)備電磁兼容性要求及測量方法》中所規(guī)定的所有項(xiàng)目的指標(biāo),部分產(chǎn)品已通過CE認(rèn)證及FCC認(rèn)證中的全部電磁兼容性指標(biāo),是真正的環(huán)保型通信開關(guān)電源.特別適合于移動(dòng)基站、程控交換設(shè)備、IP電話、有線電視等數(shù)據(jù)通信傳輸設(shè)備以及鐵路、水電、火電站等強(qiáng)的電磁場搔擾的場合使用.

第五篇：開關(guān)電源的電磁兼容性技術(shù)

開關(guān)電源的電磁兼容性技術(shù) 引言

電磁兼容是一門新興的跨學(xué)科的綜合性應(yīng)用學(xué)科。作為邊緣技術(shù)，它以電氣和無線電技術(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。電磁兼容技術(shù)應(yīng)用的范圍很廣，幾乎所有現(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題。其研究的熱點(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、電磁兼容性的測量與試驗(yàn)技術(shù)、電磁泄漏與靜電放電等。

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

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

電磁兼容性是指設(shè)備或者系統(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。（2）電磁騷擾

電磁騷擾是指任何可能引起設(shè)備、裝備或系統(tǒng)性能降低或者對(duì)有生命或者無生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。電磁騷擾可引起設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。它的主要要素有自然和人為的騷擾源、通過公共地線阻抗/內(nèi)阻的耦合、沿電源線傳導(dǎo)的電磁騷擾和輻射干擾等。電子系統(tǒng)受干擾的路徑為：經(jīng)過電源，通過信號(hào)線或控制電纜、場滲透，經(jīng)過天線直接進(jìn)入；通過電纜耦合，從其他設(shè)備來的傳導(dǎo)干擾；電子系統(tǒng)內(nèi)部場耦合；其他設(shè)備的輻射干擾；電子設(shè)備外部耦合到內(nèi)部場；寬帶發(fā)射機(jī)天線系統(tǒng)；外部環(huán)境場等（3）電磁環(huán)境

電磁環(huán)境是一種明顯不傳送信息的時(shí)變電磁現(xiàn)象，它可能與有用信號(hào)疊加或組合。（4）電磁輻射

電磁輻射是指電磁波由源發(fā)射到空間的現(xiàn)象?！半姶泡椛洹币辉~的含義有時(shí)也可引申，將電磁感應(yīng)現(xiàn)象也包含在內(nèi)。RFI/EMI可以通過任何一種設(shè)備機(jī)殼的開口、通風(fēng)孔、出入口、電纜、測量孔、門框、艙蓋、抽屜和面板以及機(jī)殼的非理想連接面等進(jìn)行輻射。RFI/EMI也可由進(jìn)入敏感設(shè)備的導(dǎo)線和電纜進(jìn)行輻射，任何一個(gè)良好的電磁能量輻射器也可以作為良好的接收器。（5）脈沖

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

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

抗擾度電平是指將某給定的電磁騷擾施加于某一裝置、設(shè)備或者系統(tǒng)并使其仍然能夠正常工作且保持所需性能等級(jí)時(shí)的最大騷擾電平。也就是說，超過此電平時(shí)該裝置、設(shè)備或者系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)性能降低。而敏感性電平是指剛剛開始出現(xiàn)性能降低的電平。所以，對(duì)某一裝置、設(shè)備或者系統(tǒng)而言，抗擾度電平與敏感性電平是同一數(shù)值。（8）抗擾度裕量

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

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

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

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

減小開關(guān)電源的內(nèi)部騷擾，實(shí)現(xiàn)其自身的電磁兼容性，提高開關(guān)電源的穩(wěn)定性及可靠性，應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手：①注意數(shù)字電路與模塊電路PCB布線的正確分區(qū)；②數(shù)字電路與模擬電路電源的去耦；③數(shù)字電路與模擬電路單點(diǎn)接地、大電流電路與小電流特別是電流電壓取樣電路的單點(diǎn)接地以減小共阻騷擾，減小地環(huán)地影響，布線時(shí)注意相鄰線間的間距及信號(hào)性質(zhì)，避免產(chǎn)生串?dāng)_，減小輸出整流回路及續(xù)流二極管回路與支流濾波電路所包圍的面積，減小變壓器的漏電、濾波電感的分布電容，運(yùn)用諧振頻率高的濾波電容器等。5 濾波器結(jié)構(gòu)

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

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

開關(guān)電源EMI濾波器中的4只電容器用了兩種不同的下標(biāo)“x”和“y”，不僅說明了它們?cè)跒V波網(wǎng)絡(luò)中的作用，還表明了它們?cè)跒V波網(wǎng)絡(luò)中的安全等級(jí)。無論是選用還是設(shè)計(jì)EMI濾波器，都要認(rèn)真的考慮Cx和Cy的安全等級(jí)。在實(shí)際應(yīng)用中，Cx電容接在單相電源線的L和N之間，它上面除加有電源額定電壓外，還會(huì)疊加L和N之間存在的EMI信號(hào)峰值電壓。因此，要根據(jù)EMI濾波器的應(yīng)用場合和可能存在的EMI信號(hào)峰值，正確選用適合安全等級(jí)的Cx電容器。Cy電容器是接在電源供電線L、N與金屬外殼（E）之間的，對(duì)于220V、50Hz電源，它除符合250V峰值電壓的耐壓要求外，還要求這種電容器在電氣和機(jī)械性能方面具有足夠的安全裕量，以避免可能出現(xiàn)的擊穿短路現(xiàn)象。7 結(jié)語

在開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，為了少走彎路和節(jié)省時(shí)間，應(yīng)充分考慮并滿足抗干擾性的要求，避免在設(shè)計(jì)完成后去進(jìn)行抗干擾的補(bǔ)救措施。