电磁兼容性分析

电磁兼容性(EMC，即Electromagnetic Compatibility)是指设备或系统在其电磁环境中符

合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁骚扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁骚扰(Electromagnetic Disturbance)不能超过一定的限值;另一方面是指设备对所在环境中存在的电磁骚扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性(Electromagnetic Susceptibility，即EMS)。

自从电子系统降噪技术在70年代中期出现以来，主要由于美国联邦通讯委员会在1990年和欧盟在1992提出了对商业数码产品的有关规章，这些规章要求各个公司确保它们的产品符合严格的磁化系数和发射准则。符合这些规章的产品称为具有电磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。

电磁兼容性electromagnetic compatibility(EMC)

设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。(GB/T 4365-1995中1.7节)

干扰的形成

1、折叠干扰源与受干扰源

无论何种情况下电磁相容的问题出现总是存在两个互补的方面:

一个是干扰发射源和一个为此干扰敏感的受干扰设备。

如果一个干扰源与受干扰设备都处在同一设备中称为系统内部的EMC 情况。

不同设备间所产生的干扰状况称为系统间的EMC 情况。

大多数的设备中都有类似天线的特性的零件如电缆线、PCB 布线、内部配线、机械结构等这些零件透过电路相耦合的电场、磁场或电磁场而将能量转移。

实际情况下设备间和设备内部的耦合受到了屏蔽与绝缘材料的限制而绝缘材料的吸收与导体相比的影响是微不足道的。

电缆线对电缆线的耦合既可以是电容性也可以是电感性并且取决于方位、长度及接近程度的影响。

2、折叠公共阻抗的耦合

公共阻抗耦合线路是干扰源与受干扰设备共用电路阻抗所引起的。

公共导线也因两个电流环之间的互感而引起或因两个电压节点之间的互容耦合而引起。

对于传导性的公共阻抗耦合的解决是将连接线分离使系统各自独立避免形成公共阻抗。

折叠发射

来自PCB 的发射:在大多数设备中主要的电流源是流入PCB 板上的电路中这些能量借由PCB 板所模拟成的天线而将干扰辐射出去。

来自电缆线的辐射:干扰电流以共模形式产生于在PCB 和设备内部其他位置形成的对地噪声并沿着导体或者屏蔽电缆的屏蔽层流动。

传导发射:干扰也可能从其他电缆以感性或容性方式偶合到电缆线上。

产生的干扰可能以差模(在火线与中线或在信号线之间)或共模(在火线/中线/信号线与接地

间)或者以二者的混合形式出现。

对于电源部埠需要测量每一个相线/中线与在电源电缆远端地之间的电压。

差模发射通常与来自电源的低频开关噪声联系在一起。

共模发射则是由于更高频率的开关元件、内部电路源或电缆的内部偶合引起的。

电路的分布电容分布广泛。若没有屏蔽物体的话,取决于与其他物体接近的程度。由于周围环境有较高的电容,部分屏蔽的机壳实际上会使耦合更加严重恶化。

分析角度

电磁兼容性包括两方面:EMI(电磁干扰)，EMS(电磁耐受)两方面。

折叠EMI分类

CE(传导干扰)，RE(辐射干扰)，PT(干扰功率测试)等等

折叠EMS分类

:ESD(静电放电)，RS(辐射耐受)，EFT/B(快速脉冲耐受)，surge(雷击)，CS(传导耐受)等等

以上的各种试验都要由专门的实验室进行测试。是电子类商品进入市场前要取得认证的必要条件。中国这样的实验室很多，大部分集中在深圳等地。

电磁兼容性试验与检测的试验室有环境可靠性与电磁兼容试验服务中心、航天环境可靠性试验中心等机构。

EMC对策

由于微电脑的依存度正不断提高，设备的大量使用，复杂了我们的电磁环境，因此外来的干扰如脉冲噪声、放射电磁场、静电、雷击、电压变动等，所引发的误动作产生当机甚至破坏的情形，如无线电的通讯、雷达、大哥大、电视游乐器⋯⋯等，往往干扰到电视，甚至于造成医疗器材使用中的误动作，影响到飞航的安全。

国际上对于电子、电器、工业设备产品的抗扰性测试日渐重视，且趋向整合以IEC(International Electrotechnical Commission)国际规格为测试标准，欧洲共同体率先制定EMC防治法规，于1996 年起全面实施抗扰测试。

折叠电源方面

三相入力电源在NFB(无熔丝断路器)与变压器间装噪声滤波器(Noise Filter)，此滤波器的输入线愈短愈好。

电源及大电流导线紧贴电气箱之底部，并沿着边角布线。

开关式电源供应器加装隔离罩以防辐射性发射干扰，滤波器选用器选用π型或T 型可抑制宽波段噪声，陶铁磁体(Ferrite)材质可抑制射频噪声。

电源线两端考虑采隔离接地，以免接地回路(Ground Loop)形成共同阻抗耦合(Common Impedance Coupling)将噪声耦合至信号线。

电源线与信号线尽量采用隔离或分开配线。

电源变压器应加隔离(Shielding)，外壳须接地良好。

单相AC 控制线建议采用绞线。

直流导线建议使用绞线来配线。

避免将电源与信号线接至同一接头。

折叠信号线方面

信号输入线与输出线应避免排在一起造成干扰。

应将CABLE剩余不用之线单端接地，以避免形成感应回路。

接近电源线附近的信号线考虑采用捻合(Twist)。

不同类别的信号线避免混杂接在一个连接头上，宜按类别分类并加地线隔离。

输入信号线与输出线尽量避免同在一个接头上，如不能避免时应将输入与输出信号错开。敏感性较高之低准位信号线，除采用绞线外可加隔离遮蔽。

折叠模拟信号方面

高频的类比信号及脉波信号线建议采用隔离线。

高频类比信号线采用同轴式隔离线，低频之类比信号线采用绞线，必要时可外加隔离遮蔽，绝不可使用同轴隔离线。

连接头安装位置须清洁处理，接头及金属面的接触电阻须小于2.5m欧姆。

类比电路干扰以波形失真为主，抑制方法主要在滤波器选用的特性，例如;带宽、频率响应值。

类比信号线与数位排线必须相互垂直。

折叠数字信号

避免使用未隔离遮蔽的导线来传送数位信号，宜使用多股绞线外加隔离线。

数位电路干扰以外在磁场干扰为主，应加隔离措施。

数位电路易受高能电场干扰，须使用隔离线隔离，以能防止1∼10MHz频段之高能电场200V/m 干扰为最佳隔离选择。

数位电路以抑制邻近电路脉波与尖波(Spikes)干扰为主。

数位电路传送避免使用过长且未加隔离之导线。

折叠电路设计方面

具干扰性的回路，如时脉、驱动器、交换式电源的ON和OFF、振荡器式控制信号，应加隔离遮蔽。

各型PCB电路设计尽可能选用低噪声零组件，且须考虑噪声变化与环境温度变化之关系。陶铁磁体铁芯(Ferrite core)适用于高频滤波，但须注意经由此线圈负载功率损耗。

稳压器须考虑抑制线路间共通阻抗耦合(Common Impedance Coupling)EMI问题。

振荡器本身输出越小越好，如须要较大输出，宜由放大器放大。

功率放大应予隔离以防止辐射性发射。

电解质电容器适于清除高涟波(High Ripple)及暂态电压(Transient Voltage)变化。

动力线的干扰有低压(或瞬间断电)超压及突波，这些干扰通常来自于电力开关的动作、重负载的开与关之瞬间、功率半导体动作、保险丝烧断时、雷电感应…等。

须考虑下述项目来抑制: