电磁兼容三要素和三规律
微机保护装置电磁兼容要求详解
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课程内容
电磁兼容的基本概念 EMI测试 EMS测试 总结
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EMI测试
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EMI测试主要包括端口的传导发射测试和系统 的辐射发射测试。端口的传导发射测试是指电 源、通信或I/O端口通过线缆传输的骚扰，系 统的辐射发射骚扰是系统通过空间向空间辐射 的骚扰。 电子系统的各种端口（电源端口、通信端口和 信号端口）通过线缆会把干扰传导至电网或其 他设备，电子设备工作时会向空间辐射干扰。 EMI测试就是测试上述两部分，通过测试，给 出一个具体的定量指标。
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5射频场感应的传导骚扰抗扰度试验
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适用于有射频场存在而且连接到电网或其他网络的设 备。一般要求对产品的输入电源端口、通信及I/O端口 进行测试，对电源端口采用耦合去耦网络进行试验， 对通信及I/O端口采用电磁钳耦合方式进行试验。 受试设备应在预期的运行和气候条件下进行测试，依 次将试验信号发生器连接到耦合装置上，其他的非测 试电缆或不连接，或使用去耦网络去耦。 扫频范围从150kHz~80MHz，根据试验等级设置信号 电平，骚扰信号是经过1kHz正弦波调制，调制到80% 的射频信号。一般情况下，步进为先前频率的1%， 在每个频率点上驻留时间为1s,对敏感的敏感点可以单 独进行测试。
微机保护装置电磁兼容性的测试实验
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课程内容
电磁兼容的基本概念 EMI测试 EMS测试 发射试验的试验方法
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电磁兼容的基本概念——EMC
电磁兼容EMC（Electro Magnetic Compatibility），是指电子、电气设备或系 统在预期的电磁环境中，按设计要求正常工作 的能力。 国际电工技术委员会（IEC）对电磁兼容的定 义是“设备或系统在其电磁环境中能正常工作 且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁 骚扰的能力”。
电磁兼容
1、电磁环境应是给定或可以预期的；2、设备不应产生超过标准或规范所规定的电磁噪声；3、设备应满足标准所规定的电磁噪声敏感度限值的要求。
所谓电磁兼容，是指在有限的空间、时间和频谱资源条件下，各种设备可以共存、并不产生相互不利影响状态。
设备的电磁兼容性，即设备在指定的电磁环境中正常工作、且不对环境和环境中其它设备产生不利影响的能力。
电磁兼容性设计明确电磁环境（制定相应的电磁兼容标准）设备的抗干扰设计抑制设备产生和发射电磁干扰噪声试验检测方法、手段、标准和设备干扰的产生、传播、作用形成电磁干扰必然具备三个基本要素:干扰源、传播途径、敏感设备1、三个要素缺一不可，少一个就构不成电磁兼容问题，所以电磁兼容设计和解决电磁兼容问题就要从这三个要素着手。
2、抑制干扰最有效的方法：在干扰源处对干扰进行抑制。
3、电磁兼容措施必须综合治理，全局考虑。
电磁兼容设计的基本原则1. 不单纯追求抗干扰性能；2. 自始至终，全程参与；3. 从源头下手，标本兼治；4. 全局考虑，不留死角；5. 与时俱进；6. 因地制宜，充分考虑性能、成本、可靠性等之间的综合效益；7. 根据系统特点，对症下药；第二章电磁兼容基本原理1.电磁兼容三要素：骚扰源，对骚扰敏感的接收单元，把能量从骚扰源耦合到接收单元的传输通道，成为电磁干扰三要素。
2.电路受干扰程度S=WC/I3. 从来源分：自然骚扰和人为骚扰。
从骚扰属性分;功能性骚扰和非功能性骚扰从耦合方式分：传导骚扰和辐射骚扰从频谱宽度分：宽带骚扰和窄带骚扰从频率范围分：甚低频骚扰(30Hz以下)、工频与音频骚扰(50Hz及其谐波)、载频骚扰(10kHz一300kHz)、射频及视频骚扰(300kHz一300MHz)、微波骚扰(300MHz一100GHz)。
4.电磁骚扰传播方式：传导耦合：指一个电路中的骚扰电压或骚扰电流通过公共电路流通到另一个电路中的耦合方式。
磁场耦合：是指一个回路中的骚扰电流通过链接磁通在另一个回路中感应电动势，以传播骚扰的耦合方式。
电磁兼容
屏蔽主要运用各种导电材料，制造成各种壳体并与大地连接，以切断通过空间的静电耦合、感应耦合或交变电磁场耦合形成的电磁噪声传播途径，隔离主要运用继电器、隔离变压器或光电隔离器等器件来切断电磁噪声以传导形式的传播途径，其特点是将两部分电路的地线系统分隔开来，切断通过阻抗进行耦合的可能。
电磁兼容
中国电磁兼容网
我们知道，从地球表面到人造卫星活动的近千千米空间内处处存在着电磁波，电和磁无时无刻不在影响着人们的生活及生产，电磁能的广泛应用，使工业技术的发展日新月异。电磁能在为人类创造巨大财富的同时，也带来一定的危害，被称为电磁污染，研究电磁污染是环境保护中的重要分支。以往人们把无线电通讯装置受到的干扰，称为电磁干扰，表明装置受到外部干扰侵入的危害，其实它本身也对外部其他装置造成危害，即成为干扰源。因此必须同时研究装置的干扰和被干扰，对装置内部的组织和装置之间要注意其相容性。随着科学技术的发展，日益广泛采用的微电子技术和电气化的逐步实现，形成了复杂的电磁环境。不断研究和解决电磁环境中设备之间以及系统间相互关系的问题，促进了电磁兼容技术的迅速发展。
电磁污染的来源包括雷电（包括核爆等强电磁脉冲），静电及所有电气的动作（包括正常及非正常的）过程。如卫星通信，飞机航行的智能化；高层建筑、通信无线塔、超高压输电线路、油库群、港口建筑、森林、古迹的防雷；工厂自动化生产线、电气牵引馈电系统的谐波，大型医疗设备。物理仪器，家用仪器，电动工具、移动电话、遥控仪表、集成模块，印刷电路板等，凡有电磁现象存在的地方都有EMC问题，绝缘物体的相对摩擦也会产生可怕的静电效应。例如高速飞行器与大气的相对运动、合成材料的缠绕、流体（石油、天然气等）的高速传输、化纤织物与人体的摩擦等，由于静电积聚的隐蔽性和释放过程的突发性，造成的危害程度不亚于谐波和强电磁脉冲。
电磁兼容三要素和三规律
电磁兼容三要素和三规律EMC是业界的一个难点;文章介绍了EMC三个规律、EMC问题三要素、电磁骚扰的特性、以及五层次EMC设计法;给企业提供了对待EMC的建议;我们认为EMC改进要如诊治疾病一样对症施治;我们倡导坚持EMC规律，趁早考虑和解决EMC问题-进行EMC设计。
下面我们认识以下EMC领域的三个要素和三个重要规律： EMC问题三要素 开关电源及数字设备由于脉冲电流和电压具有很丰富的高频谐波，因此会产生很强的辐射。
电磁干扰包括辐射型(高频) EMI、传导型(低频)EMI，即产生EMC问题主要通过两个途径:一个是空间电磁波干扰的形式;另一个是通过传导的形式，换句话说，产生EMC问题的三个要素是：电磁干扰源、耦合途径、敏感设备。
辐射干扰主要通过壳体和连接线以电磁波形式污染空间电磁环境;传导干扰是通过电源线骚扰公共电网或通过其他端子(如：射频端子，输入端子)影响相连接的设备。
IT、AV设备可能的骚扰源 A) FM接收机、TV接收机本机振荡，基波及谐波由高频头、本机振荡电路产生; B) 开关电源的开关脉冲及高次谐波，同步信号方波及高频谐波，行扫描显像电路产生的行、场信号及高频谐波; C) 数字电路工作需要的各种时钟信号及高频谐波、以及它们的组合，各种时钟如CPU芯片工作时钟、MPEG解码器工作时钟、视频同步时钟(27MHz，16.9344MHz ,40.5MHz)等; D) 数字信号方波及高频谐波，晶振产生的高次谐波，非线性电路现象(非线性失真、互调、饱和失真、截止失真)等引起的无用信号、杂散信号; E) 非正弦波波形，波形毛剌、过冲、振铃，电路设计存在的寄生频率点。
F) 对于敏感受体通过耦合途径接受的外部骚扰包括浪涌、快速脉冲群、静电、电压跌落、电压变化和各种电磁场。
电磁骚扰的特性 ①单位脉冲的频谱最宽; ②频谱中低频含量取决于脉冲的面积，高频分量取决于脉冲前后沿的陡度; ③晶体振荡电平必须满足一定幅度, 数字电路才能按一定的时序工作，使晶振产生的骚扰呈现覆盖带宽、骚扰电平高的特点; ④收发天线极化、方向特性相同时，EMI辐射和接受最严重;收发天线面积越大, EMI危害逾大; ⑤骚扰途径：辐射，传导，耦合和辐射、传导、耦合的组合。
【EMC系列课程】01-电磁兼容三要素及耦合途径
2. 电磁干扰源及其特征
Q：干扰源为何会产生电磁干扰？
电
磁
电磁 场
安培：电
法拉第：磁
麦克斯韦：电磁场
变化的电压电流产生交变的磁场，可以产生EMI问题； 交变的电磁场，又容易在闭合回路由于磁通量的变化，产生感应电压与电流，又带来EMS抗扰度问题；
电磁干扰举例1：
从场的角度进行分析，假如回路1变化的电流I，产生一个变化的电磁场，它会对外辐射，产生辐射干扰，如果这个变化的 电磁场，又恰好穿过了回路1周边的其他闭合回路，那么，根据法拉第电磁感应定律：变化的磁场穿过回路2，在回路2产 生感应电动势，则回路1就对回路2产生了干扰。
如果，电路1的电压是不变的，那么，电容隔直，也起不到耦合的作用，此时，也不存在电路1对电路2的电磁干扰。（注： 此时虽然不存在电磁干扰，但若电路1电压很高，则有可能会产生电场的干扰影响）；
二、电磁干扰耦合途径
1. 耦合途径分类
总结： ① 电磁干扰耦合途径，分为两类：传导耦合、辐射耦合。从上图可以看出，任何产品，任何干扰，耦合途径都
电磁干扰举例2：
从电路的角度分析，比如上面的图，电路1和电路2，两个电路之间有分布电容，在这里，我们假设电路1是强干扰的电路， 电路2是敏感的电路，电路1在工作的时候，它的导线上面会有一个电压，这个电压如果是交变的，那么，根据电容隔直 通交的特性，电路1的干扰就会通过分布电容，传递到电路2上，那么，电路1就对电路2产生了干扰；
电磁兼容（ EMC--Electro Magnetic 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。其定义为“设备和系统在其电磁环境中能正常工作且不对环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的 能力”。
电磁兼容设计的三个基本要素
电磁兼容设计的三个基本要素
电磁兼容（Electromagnetic Compatibility，EMC）设计的三个基本要素包括：
1. 抗干扰性设计（Immunity Design）：抗干扰性设计是指在电子设备或系统设计中采取措施，以提高其对外部电磁干扰源的抵抗能力。
这包括选择适当的屏蔽材料和屏蔽结构、优化电路布局与地线设计、使用滤波器和隔离器等方法，以减少或消除外界干扰对设备的影响。
2. 辐射发射控制设计（Emission Control Design）：辐射发射控制设计是指在电子设备或系统设计中采取措施，以减少设备对外界产生的电磁辐射干扰。
这涉及到合理的电路设计、地线布局、信号线屏蔽、滤波器的应用等，以降低设备辐射噪声水平并满足相应的国家或行业标准。
3. 互连传输特性设计（Interconnect Design）：互连传输特性设计是指在电子设备或系统设计中，通过合理的信号线布线、阻抗匹配、信号线长度控制等手段，确保信号的传输质量和完整性。
这有助于减少信号传输过程中的串扰、反射和时序问题，提高设备或系统的抗干扰能力和可靠性。
电磁兼容
1.电磁兼容（EMC）指的是一个产品和其他产品共存于特定的电磁环境中，而不会引起其他产品或者自身性能下降或损坏的能力。
电磁兼容主要包括两个方面的内容：一是发射性；二是抗扰性，即电磁骚扰性和电磁敏感性。
2.电磁兼容三要素：（1）存在一定的噪声源（2）存在着易受干扰的敏感设备（器件）（3）存在着干扰传播路径3.PCB板布局要遵守的原则:（1）按照电路信号的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。
（2）以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来布局。
元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上，尽量减少和缩短各器件之间的引线和连接。
（3）在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。
一般电路应尽可能使元器件在同一方向排列。
这样，不但美观，而且装焊容易、易于批量生产。
（4）尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。
易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。
（5）对于信号线，特别是高频、接口信号线，一定要防止信号线之间的耦合问题，在PCB设计初期就要考虑到它们之间的走线。
（6）某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。
带高压电的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。
（7）重量超过14g的元器件，应当用支架加以固定，热敏元件应远离发热元件。
（8）对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局，应考虑整机的结构要求。
若是机内调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。
4.PCB分层要考虑的因素：（1）信号层，特别是高速信号层一定要紧靠平面层，最好是紧靠地平面层。
（2）阻抗要求不严格的信号线可走微带线，重要信号线一定要走带状线，并且对于时钟、复位、敏感信号线，最好用两个地平面包围起来。
（3）主电源平面（板上功率最大的那种电源）一定要紧靠地平面，并且在地平面以下。
电磁兼容2
电容性耦合 (近电场相互作用)
Z2 U2 Us Z 2 X cm
当频率较低时
X c 2 R2 ; 则Z 2 R2 ; 并且 X cm R2
U 2 jCm R2U1
当频率较高时
X c 2 R2 ; 则Z 2 X c 2
X c2 Cm U2 U1 U1 X cm X c 2 C2 Cm
当离场源距离大于λ /2π 以后，场就成了“远场”， 又称辐射场。
电场和磁场的比值为固定值，定义为波阻抗Z0， Z0=120π=377Ω
1 远场是平面波。E , H r
远场中电场、磁 场和波传播方向 的关系
远区场和近区场的波阻抗
波 阻 抗
电场为主 E 1/ r3 H 1 / r2 （电偶极源）
谓的“电磁饥饿”。
人工电磁干扰
辐射干扰源
辐射干扰是指以电磁波形式传播的干扰。这类干扰的能 量是由干扰源辐射出来，通过介质(包括自由空间)以电磁 波的特性和规律传播的。构成辐射干扰源有两个条件：一 个是有产生电磁波的源；另一个是能把这个电磁波能量辐 射出去。不是任何装置都能辐射电磁波，其结构必须是开 放式的，几何尺寸和电磁波的波长必须是在同一量级。
核电磁脉冲辐射 电弧辐射
传导干扰源
传导干扰指通过导体传播的干扰。传导干扰与辐射干扰的 界限并不是非常明显，除频率非常低的干扰信号外，许多 干扰信号的传播可以通过导体和空间混合传输。在某些场 合，干扰信号先以传导的形式，通过导体将能量转移到新 的空间，再向空中辐射。而在另一些场合，干扰信号先在 空中传播，在其传播的过程中遇到导体，就会在导体中感 应出干扰信号，变成传导干扰，沿导体继续传播。
2 电子设备电磁兼容设计原理
2.1 2.2 2.3 2.4 电磁干扰三要素 电磁骚扰源 电磁干扰作用途径及分析方法 保证电磁兼容性的方法
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电磁兼容三要素和三规律
EMC是业界的一个难点;文章介绍了EMC三个规律、EMC问题三要素、电磁骚扰的特性、以及五层次EMC设计法;给企业提供了对待EMC的建议;我们认为EMC改进要如诊治疾病一样对症施治;我们倡导坚持EMC规律，趁早考虑和解决EMC问题-进行EMC设计。
下面我们认识以下EMC领域的三个要素和三个重要规律：
EMC问题三要素
开关电源及数字设备由于脉冲电流和电压具有很丰富的高频谐波，因此会产生很强的辐射。
电磁干扰包括辐射型(高频) EMI、传导型(低频)EMI，即产生EMC问题主要通过两个途径:一个是空间电磁波干扰的形式;另一个是通过传导的形式，换句话说，产生EMC问题的三个要素是：电磁干扰源、耦合途径、敏感设备。
辐射干扰主要通过壳体和连接线以电磁波形式污染空间电磁环境;传导干扰是通过电源线骚扰公共电网或通过其他端子(如：射频端子，输入端子)影响相连接的设备。
IT、AV设备可能的骚扰源
A) FM接收机、TV接收机本机振荡，基波及谐波由高频头、本机振荡电路产生;
B) 开关电源的开关脉冲及高次谐波，同步信号方波及高频谐波，行扫描显像电路产生的行、场信号及高频谐波;
C) 数字电路工作需要的各种时钟信号及高频谐波、以及它们的组合，各种时钟如CPU芯片工作时钟、MPEG解码器工作时钟、视频同步时钟
(27MHz，16.9344MHz ,40.5MHz)等;
D) 数字信号方波及高频谐波，晶振产生的高次谐波，非线性电路现象(非。