电磁兼容技术综述

2001年国家建立了强制性产品认证 制度，并公布了首批进行强制性认证的 产品目录，涉及9大类别的132种产品。 自2003年5月1日起上述产品必须经国家 指定的认证机构认证，在安全和电磁兼 容性检测合格后取得证书和三C标志 （CCC），方可出厂销售、进口和在经 营活动中使用。
• 欧共体颁布电磁兼容指令89/336/EEC 规定自1996年1月1日起，凡不符合电 磁兼容标准的产品一律不准进入欧洲 市场。 • 我国已经加入了WTO，根据WTO/TBT 协议（贸易技术壁垒协议），如果我 国本身没有对产品进行电磁兼容认证 的要求，则国外的不符合电磁兼容要 求的“垃圾”产品就会大举入侵我国，
通过空间辐射和通过导线传导 (1)骚扰通过导线传输---主要通过共阻抗耦合和地环路 耦合方式产生干扰。 • 共阻抗耦合--当设备或元器件公用电源线和地线时 （在印制电路板上是电源轨线和地线轨线），设备 或元器件之间就会通过公共阻抗产生相互干扰。
•地环路干扰--当两个设备相互间有信号连接， 同时又各自在不同地点接地，如果两个接地点 之间存在地电位差，就会产生地环路干扰。
平衡方式改变为平衡传输方式并与隔离技术 结合，可进一步抑制地环路干扰。 • 具体作法可以是传输线中的两条线都不接 地，对地平衡，发送端和接收端都采用平 衡差分电路，这样两条线上的共模电流对 地是平衡的，因此在负载端不能转变成差 模电压而干扰设备的正常工作。
采用平衡电路
6、采用新材料、新器件、新工艺
• 2、具有有效地对军用和民用产品进行电磁 兼容检测和管理的机构； • 3、具有高精度的电磁兼容自动测试系统； • 4、研制了很多关于电磁兼容预测、分析和 设计的程序，有的已经商品化； • 5、用于电磁兼容控制技术的新材料、新工 艺、新产品不断出现。 这个体系保证了产品从设计、制造、进入 市场和使用的全过程都得到充分的控制， 最终能实现整体的电磁兼容。
电源滤波 器
图15 电源滤波器的典型结构
滤波器的正确安装
图16 电源滤波器的正确安装
• 吸收式滤波器----铁氧体磁环在高频时呈现电阻 性，套在整个连接线上能消耗高频共模骚扰的能 量。由于共模骚扰电流在连接线上是有一定分布 的，因此铁氧体磁环应放在连接线的引出处电流 较高的位置上。 如有可能信号线最好直接采用带滤波器的连 接器，这种连接器的插座上每个引脚都带有由铁 氧体磁珠和穿心电容组成的滤波器，但这种插座 价格较贵。
(2)骚扰通过空间传播----近场耦合和远场辐射
• 近场耦合--敏感电路离骚扰源的距离Υ<λ/2л（λ为 骚扰源最高频率的波长），骚扰源通过电场和磁 场（也可看成通过互电容、互电感）对敏感电路 产生干扰。一般设备内部各部分电路之间的相互 干扰常用近场耦合方式处理。 • 远场辐射--Υ>λ/2л，骚扰电磁波穿过敏感设备外 壳干扰其内部电路，或在敏感设备的外部连接线 上感应干扰电流，通过导线侵入设备内部。一般 设备或系统之间的干扰属于远场辐射干扰。
几种电气电子产品的电磁兼容标准
• 国标GB9254-1998 《信息技术设备的无线电骚扰限值和 测量方法》； • 国标GB/T17618－1998 《信息技术设备抗扰度限值和测 量方法》； • 国标GB 4343-1995《家用和类似用途电动、电热器具， 电动工具以及类似电器无线电干扰特性测量方法和允许 值》； • 国标GB4343.2-1999《电磁兼容 家用电器、电动工具和 类似器具的要求 第2部分：抗扰度》； • 国标GB13837-1997《声音和电视广播接收机及有关设备 无线电干扰特性限值和测量方法》； • 国标GB/T9383-1999《声音和电视广播接收机及有关设备 抗扰度限值和测量方法》
国内情况
我国由于过去经济基础比较薄弱，电子工 业相对落后，电磁兼容矛盾不突出，所以 起步较晚，但是近年来电磁兼容发展很快。 1、我国已经制订了92个电磁兼容标准（至 2002年底）。 这些标准规定了各种类型的电气电子设备 在各个频段的电磁骚扰发射限值和抗扰度 限值，并规定了相应的试验方法、仪器设 备和试验场地。
I cm 2 LpCA I DM
共模源的电流驱动模式
分地引起的共模辐射
I DM U DM
I DM
A B
ZL
I CM
外接电缆 模拟地 数字地
数字地
电流驱动模式实例
共模源的电压驱动模式
电压驱动模式实例
• 任何两个金属体之间只要存在 射频电位差就构成共模辐射系 统 • 当频率达到MHz级时nH的分布 电感和pF级的分布电容都将对 共模辐射产生重要影响
2、滤波技术----用于切断沿导线传播的传导 骚扰。 • 反射式滤波器----LC低通滤波器安装在电源线、 信号线和控制线端口，滤除频率较高的共模骚扰 （线－地间骚扰）和差模骚扰（线－线间的骚 扰）。 滤波器的安装直接影响到滤波性能。滤波 器应该安装在机箱入口处，金属外壳和屏蔽机箱 紧密搭接，搭接面积越大越好，以保证良好的低 阻抗接地通道。同时滤波器的输入输出线要最大 限度地相互隔离，不能靠近和平行走线。
1、端口设计
• • • • 提高机箱的屏蔽效能， 在连接线端口设置滤波器， 采用平衡传输方式和隔离技术抑制地环路干扰。 雷电多发区和有强电设备的工业场所，应在连接 线端口设置防雷器和浪涌抑制器，· • 如果信号线传输的信号速率较高，串接滤波器可 能把有用的信号的高频部分也滤掉，这时就只能 采用屏蔽电缆和屏蔽连接器，并要求它们的屏蔽 层和机箱的屏蔽层保持360度的完整搭接，不能 出现“猪尾巴”现象。
（3）敏感设备 敏感设备----被干扰的设备，主要研究电磁骚 扰怎样使设备性能降低，以期找到提高设备抗 干扰能力的途径。
• 任何电子设备既可能是骚扰源，又可能是敏感 设备。 • 目前电子信息设备的发展趋向使EMC问题更 加严重，因此必须采用适当的骚扰控制技术才 能使电子信息设备达到电磁兼容性。
• 高速和宽带化----使电磁能量更容易发射， 高频信 号线、集成电路的引脚、各类接插 件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰 源。 • • 高密集度和小型化----使设备内部各个器件、 电路、连接线、电缆之间的串扰和电磁耦 合更加严重。 高灵敏度和低能耗----意味着信号电平低， 从而对干扰更加敏感。
EMC的研究对象
• • • • • 目前EMC的研究对象已不仅仅限于电 子电气设备，而且进一步拓宽到 雷电、静电等自然干扰源； 核电磁脉冲； 无线电频率的分配和管理； 信息处理设备电磁泄漏产生的失密； 电磁环境污染与生态效应等等。
二、电子电气设备为什么必须考虑 EMC？
• 改善电磁环境，避免系统间和系统内 的相互干扰； • 三C认证（China Compulsory Certification）的需要； • 进出口的需要。
电磁兼容技术综述
北京交通大学抗电磁干扰研究中心 沙斐
一、什么是电磁兼容？
电磁兼容（EMC--Electromagnetic Compatibility） 是一门新兴的综合性学科，主要研 究电磁干扰和抗干扰的问题。即怎 样使在同一电磁环境下工作的各种 电子电气设备、器件或系统，都能 正常工作，互不干扰，达到兼容状 态。
五、EMC控制技术。
屏蔽、滤波、接地、隔离、平衡传输。
1、屏蔽技术----在机箱（柜）和某些元器件上喷涂 一层金属作为屏蔽层，用于切断骚扰通过空间传 播的途径。 • 实际机箱上总是存在各式各样的孔和缝隙，可能 造成电磁波的严重泄漏，因此在设计中应遵循下 面的经验公式：商用设备机箱孔缝直径d<λ/20； 军用设备d<λ/50，屏蔽效能可达20多dB。 • 为提高机箱的屏蔽效能，在接缝处可使用导电衬 垫，通风窗可使用波导管，显示窗可使用屏蔽玻 璃。
铁氧体吸收型滤波器
B.共模扼流圈
3、接地技术----为了防止共地线干扰，每个 设备中可能有多种接地线 • 保护地线：以安全为目的，通常与金属机 架机壳相连接； • 工作地线：为设备中各个电路提供稳定的 零基准电位的，一般工作接地又根据供电 电压、数字和模拟电路等分别设置地线； • 屏蔽地线：为了抑制噪声，电缆、变压器 等的屏蔽层需接该地线，。 • 设备的地线布置一般采用树形结构，最后 三类地线都连接到设备的一个接地点上。
因此,建设和完 善我国自己的电磁 兼容体系已是刻不 容缓的事情.
四、构成电磁兼容问题的三要素
电磁骚扰源、传输途径和敏感设备。
1、电磁骚扰源----电磁噪声和无用信号。 • 电磁噪声--不带任何信息的电磁现象，主要在电 压或电流发生急剧变化（即dv/dt，di/dt很大）时 产生。例如 雷电、静电放电； 电气设备中电感负载切断时产生的瞬变脉冲噪声； 接通负载时的冲击电流及开关触点的抖动产生的 脉冲噪声； 信息技术设备的工作信号本身就是电磁骚扰源。
4、隔离技术—在传输线上插入隔离变 压器或光电耦合器，它们只能传输有用 的差模信号，不能传输共模信号，用于 切断地环路干扰
•
光电耦合器重量轻、体积小，响应速度 快，又可传输直流和低频信号，因此，已 广泛应用于数字信号的传输中。
切断地环路
隔离变压器
ห้องสมุดไป่ตู้
光电耦合器
5、平衡传输技术--设备之间的信号传输从不
六、EMC设计
• 问题补救法：费时费力，不能从根本上解 决问题； • EMC设计：在产品开发的最初阶段进行。 EMC设计应从两方面着手考虑： 产品与外界的连接界面，包括机箱；电 源线、控制线、信号线等连接线的端口； 产品内部结构的设计与布置，包括印制 电路板设计，各部件的电磁兼容设计，以 及相互连接线的布置等等。
骚扰的频谱分析
骚扰的频谱分析（续）
• 无用信号--指一些功能性信号 例如广播、电视、雷达等，本身是有 用信号，但干扰了其它设备的正常工 作，所以对敏感设备而言是无用信号。 电磁骚扰源是客观存在的，只有 在影响了敏感设备的正常工作时才构 成“干扰”，也就是人们通俗所说的 电磁干扰。
2、骚扰的传输途径