电磁兼容基础知识及标准分类

电磁兼容基础知识及标准分类
电磁兼容基础知识及标准分类
引⾔电⼦电器产品的电磁兼容性能是⼀项⾮常重要的技术指标，它不仅关系到产品本⾝的安全性、可靠性，也关系到电磁环境的保护问题。

国内外现都⼗分重视产品的电磁兼容质量管理。

这就要求从事相关
产品设计、制造和品质管理的⼈员均应该掌握电磁兼容的⼀些基本理论、标准要求和设计技术。

⼀、电磁兼容现象及基本理论
电磁兼容（Electromagnetic Compatibility——EMC），其定义是：设备或系统在其所处的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。

从上述定义可以看出，⼀台设备或⼀个系统的电磁兼容性都包括两个⽅⾯，⼀是它对同⼀电磁环境中其它设备的抗⼲扰能⼒或称敏感性，⼆是它对其它产品的电磁骚扰特性。

电磁骚扰（Electromagnetic Disturbance——EMI）定义为“任何可能引起装臵、设备或系统性能降低或者对有⽣命或⽆⽣命物质产⽣损害作⽤的电磁现象”。

电磁骚扰可能是电磁噪声、⽆⽤信号或传播媒介⾃⾝的变化。

（注：⼀般意义上的“有⽤的电磁信号或电磁能量”在电磁兼容领域也有可能被认为是电磁骚扰源。

）电磁骚扰的表现形式⼀般有两种，⼀是通过导体传播骚扰电压、电流，⼀是通过空间传播骚扰电磁场。

前者称为传导骚扰，后者称为辐射骚扰。

例如，电视机的电磁骚扰主要有：对公⽤电⽹的⽆线电骚扰和低频骚扰（如注⼊谐波电流）、对公⽤电视天线系统的骚扰、向空间辐射的电磁场等。

抗扰度（Immunity to a Disturbance）定义为“装臵、设备或系统⾯对电磁骚扰不降低运⾏性能的能⼒”。

电磁敏感性（Electromagnetic Susceptibility——EMS）定义为“在存在电磁骚扰的情况下，装臵、设备或系统不能避免性能降低的能⼒”。

实际上，抗扰度与敏感性都反映的是对电磁骚扰的适应能⼒，仅仅是从不同的⾓度⽽⾔，敏感性⾼即意味着抗扰度低。

对应电磁骚扰的两种表现形式，设备对电磁骚扰的抗扰性也同样分为传导抗扰性和辐射抗扰性。

电磁⼲扰（Electromagnetic Interference）是指“电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降”。

对⽐电磁骚扰的定义，可知电磁⼲扰与之在概念上的区别。

存在电磁骚扰但不⼀定形成电磁⼲扰，如果骚扰电平较低的话。

电磁骚扰即可能是⼈为有意识产⽣的，也可能是⼈为但⽆意识产⽣的，还有可能是⾃然界固有的，⽐如雷电、地极磁场、磁铁矿藏、宇宙射电噪声等等。

其实电磁⼲扰的问题或现象普遍存在。

如雷电对家⽤电器的破坏，使⽤电吹风或电动⼯具对电视收看的影响、移动电话与有线电话间的串扰、电⽹电压波动对计算机的运⾏可靠性的影响等等。

电磁⼲扰造成的损失可能是⾮常巨⼤的。

如因静电、雷电每年给全球造成的经济损失可达数亿美元。

民航客机上禁⽤个⼈电⼦设备，也是出于对电磁⼲扰的预防。

电磁⼲扰的产⽣必然具备三个基本要素：电磁⼲扰源、敏感设备和电磁能量传播通道。

理论上讲，改善其中之⼀即可防⽌电磁⼲扰的产⽣，实现电磁兼容。

但在电磁兼容的实际质量控制⼯作中，只有对三要素进⾏综合考虑再对个别项⽬做重点处理才是经济可⾏的。

⼆、电磁兼容标准及组织
1、国际标准——IEC/CISPR标准
国际上⼀些技术研究组织和管理协调机构，如国际电信联盟、国际⼤电⽹⼯作会议、国际电⼯委员会（IEC）及⽆线电⼲扰特别委员会（CISPR）等等，即从事电磁兼容的协调、管理和技术标准的制定。

IEC下属的TC77组织主要负责制订和维护电磁环境标准、电磁兼容基础标准、较低频率范围和电磁脉冲的电磁兼容标准，⽽CISPR主要负责制订和维护有关电磁兼容的产品标准及较⾼频率范围的电磁兼容标准。

2、欧盟标准——EN标准
欧洲电⼯标准化委员会（CENELEC）与IEC/CISPR关系密切，其过去颁布的标准经常是引⽤IEC/CISPR标准。

但现在也出现这种情况，即其新制订或修订的EN标准影响IEC/CISPR标准。

当然两者⼀般基本上能达到同步。

由此可见欧洲电磁兼容标准在国际上的地位及影响⼒。

3、美国FCC法规及ANSI 标准
美国联邦通信委员会FCC制订的法规FCC Rules（即联邦规章法典第47卷– CFR 47）也涉及电磁兼容——主要是电磁发射⽅⾯的限制要求。

⽽美国电⽓和电⼦⼯程师协会（IEEE）也制定了⼀系列电磁兼容标准，⽽且在国际上影响很⼤，如ANSI
C63.4 ，它也是FCC电磁发射测量的技术依据。

4、中国国家标准——GB、GB/T及GB/Z标准
我国的标准化⼯作正在积极与国际接轨，包括标准接轨、规范程序协调、承担国际义务和国际互认。

近些年我国制订或修订的电磁兼容标准⼀般都等同或等效于IEC/CISPR标准。

现已发布实施的电磁兼容国家标准有三类：字头为GB的强制性标
准，GB/T推荐性标准，GB/Z指导性专业标准。

经济发达国家和地区对电磁兼容问题都较为重视，政府甚⾄采取⽴法和认证程序来管理相关产品的电磁兼容性能，对不符合者采取⾮常严厉的处罚⾏动。

欧盟的“CE EMC”指令和美国的FCC法规的对世界的影响尤为深远。

1、欧盟CE EMC指令
欧盟89/336/EEC EMC指令要求从1996年开始，凡欲进⼊欧共体市场的电⼦、电器和相关产品⼀定要符合有关电磁兼容标准要求，并在产品上粘贴符合性标记“CE”。

（注：在有关产品使⽤“CE”标志，除电磁兼容指令外，还应符合相应的“LVD”低电压指令等所有相关指令的要求）。

欧盟对有关产品的电磁兼容性要求⼀般包括电磁骚扰和抗扰度两个⽅⾯的内容。

2、美国FCC要求
FCC⽬前对有关产品的要求主要是电磁骚扰特性。

FCC Part15、Part18、Part68分别是关于射频设备（含⼴播接收机、数字设备等）、⼯-科-医射频设备和通信设备的电磁骚扰特性的限制要求。

四、我国电磁兼容的质量管理及电磁兼容认证-中国强制认证（3C认证）
3C认证制度已于2002年5⽉1⽇起启动。

对于列⼊第⼀批3C强制认证⽬录的产品，从2002年5⽉1⽇起，有关认证部门开始受理认证申请。

从2003年5⽉1⽇起，对于⽬录中的产品，若未获得3C认证将不得出⼚、进⼝和销售。

承担3C认证业务的机构有中国质量认证中⼼（CQC）和中国电磁兼容认证中⼼（CEMC）。

对于未列⼊第⼀批强制认证的产品，有关部门将根据情况开展⾃愿认证。

这项⼯作⽬前已经进⼊起步阶段。

五、电磁兼容检测的主要项⽬
1、电源端⼦骚扰电压。

主要是考核产品对公⽤电⽹的⼲扰。

测量在电源线的⽕线和零线上分别进⾏。

2、其它端⼦骚扰电压或骚扰电流。

这些端⼦⼀般包括电信端⼝、有线⼴播端⼝和负载端⼝。

3、辐射骚扰场强及骚扰功率。

有关产品⼯作时，经常会通过其外壳或连接线向空间辐射电磁波。

过量的电磁污染可能会⼲扰⽆线⼴播、通讯，可能导致信息技术和控制设备⼯作失灵，甚⾄还可能会影响到导航和拯救等重要系统正常运⾏。

4、静电放电抗扰度
5、射频电磁场抗扰度
6、电快速瞬变脉冲群抗扰度
7、冲击（雷击浪涌）抗扰度
8、由射频场感应的传导⼲扰抗扰度
9、磁场（含⼯频磁场和脉冲磁场）抗扰度
10、电源电压跌落、瞬时中断及电压变化抗扰度
11、谐波电流
12、电压闪烁和波动
（注：以上所有检验项⽬⼀般都包含在CE认证检验中。

但只有项⽬1、2、3、11是⽬前3C认证常规的EMC检验项⽬，⽽项⽬
4、6等仅对部分产品有要求）
六、电磁兼容检测⽅法及仪器、场地要求
⽆线电骚扰测试⽤的主要仪器有：电磁骚扰测量接收机、功率吸收钳、⼈⼯电源⽹络、测试天线等等。

电磁骚扰测试接收机应有准峰值和平均值两种检波⽅式。

标准规定在不同的测量频率范围，测试接收机应采⽤特定的（分段不同）分辨率带宽。

因为被测骚扰噪声可能是宽带的，选择不同的分辨率带宽对测量结果影响较⼤。

⼈⼯电源⽹络可以向被测设备提供稳定的符合特定值的电源阻抗，相当于⼀个取样电阻，通过它把被测设备注⼊电⽹的⼲扰电压（实际是电流）采样以送到骚扰测试接收机。

另外它⼀般还具备对公⽤电⽹电源的滤波作⽤，并可向被测设备供电。

在不宜
使⽤⼈⼯电源⽹络时，则使⽤电压探头或电流探头来替代。

功率吸收钳⽤来测量通过电源线或其它连接线的骚扰功率，它实际上是⼀个⾼频电流感应器。

骚扰功率测
量⼀般只在家⽤电器等设备上进⾏。

天线是测量辐射骚扰场强的基本⼯具。

按照标准要求，在测量过程中，⼀般要求天线在⼀定范围内升降，并要分别垂直和⽔平极化。

被测设备应按照⼀般使⽤时情况进⾏布臵，并在不同⾓度朝向接收天线。

测试记录最不利的情况下的骚扰值。

传导抗扰度测试使⽤特定参数的模拟器，如静电放电模拟器、电快速瞬变模拟器、浪涌脉冲发⽣器、电源电压波动模拟器、射频信号发⽣器等。

实际测试过程中还经常需要使⽤耦合/去耦⽹络。

辐射抗扰度测试使⽤信号发⽣器、发射天线、场强监视仪等。

⼀般来说，传导测量在屏蔽室进⾏，辐射测量在开阔测试场地或电波暗室进⾏。

辐射骚扰测试的理想测试场地是开阔测试场，⽽半电波暗室是开阔场地的替代场，但因其良好的电磁特性⽽得到⼴泛应⽤。

辐射抗扰度测试多在全电波暗室或TEM⼩室内进⾏。

七、电磁兼容设计的基本⽅法和设计要点
统计资料显⽰，电⼦电器产品若在初始设计阶段未对其电磁兼容性给予充分的考虑并采取必要的措施，那么其电磁兼容性合乎标准要求的可能性不⾜30%。

⽽且⼀般地说，在产品研制、试制和⽣产⼏个阶段，电磁兼容问题考虑和解决得越早越好。

这就要求研发⼈员应掌握⼀定的电磁兼容设计知识，并将其应⽤在产品研制阶段。

电磁兼容设计包括电磁⼲扰抑制和防护两⼤⽅⾯。

电磁兼容设计的基本⽅法⼀般有三种：问题解决法、规范法和系统法。

问题解决法是过去应⽤较多的⽅法。

它就是在发现产品在检测中出现问题后进⾏改进。

这种⽅法虽然具有针对性，但很可能导致成本上升，并影响产品及早上市。

规范法即在产品开发阶段就按照有关电磁兼容标准规范的要求进⾏设计，使产品可能出现的问题得到早期解决。

系统法是近些年兴起的⼀种设计⽅法，它在产品的初始设计阶段对产品的每⼀个可能影响产品电磁兼容性的元器件、模块及线路建⽴数学模型，利⽤辅助设计⼯具对其电磁兼容性进⾏分析预测和控制分配，从⽽为整机产品满⾜要求打下良好基础。

当然，⽆论是规范法或是系统法设计，其有效性都应是以最后产品或系统的实际运⾏情况或检验结果为准则，必要时还是需要结合问题解决法才能完成设计⽬标。

电磁兼容设计的内容包括：①分析设备或系统所处的电磁环境和要求，正确选择设计的主攻⽅向；②精⼼选择产品所使⽤的频率；③制定电磁兼容性要求和控制计划；④对元器件、模块、电路采取合理的⼲扰抑制和防护技术。

电磁兼容设计的主要参数有：限额值、安全裕度和费效⽐。

解决电磁兼容问题，⼀般可采取接地技术、滤波和吸收技术、屏蔽和隔离技术等技术。

接地属于线路设计的范畴，对产品电磁兼容性有着⾄关重要的意义。

可以说，合理的接地是最经济有效的电磁兼容设计技术。

滤波是抑制传导⼲扰最直接有效的办法。

另外，由于良好的滤波抑制了⼲扰源的泄漏，所以也利于解决辐射⼲扰⽅⾯的问题。

对于瞬态脉冲⼲扰，最有效的办法则是使⽤脉冲吸收技术。

屏蔽是抑制辐射⼲扰的有效办法。

应⽤时应注意，屏蔽措施经常要与滤波和接地共同使⽤才能发挥作⽤。

屏蔽可理解为隔离的⼀种⽅法，但隔离所包含的内容不⽌于此，它还包括位臵的远离和传导⼲扰路径的切断（如使⽤光电耦合器切断地环路⼲扰）等。

⽬前，市场上有⼤量的电磁⼲扰对策元器件可供选择，使⽤很⽅便，但也会增加产品成本。

其实，⼀个产品若在设计阶段注意选择合理的元器件，并优化线路和结构布局，必要时再加上适当的屏蔽和滤波等措施，那么其电磁兼容性能便不会存在⼤的问题。

电磁兼容设计的要点：
1）抑制电磁骚扰源
尽量去掉对设备⼯作⽤处不⼤的潜在骚扰源，减少骚扰源的个数；恰当选择元器件和线路的⼯作模式，尽量使设备⼯作在特性曲线的线性区域，以使谐波成分降低；对有⽤的电磁发射或信号输出也要进⾏功率限制和频带控制；合理选择发射天线的类型和⾼度，不盲⽬追求覆盖⾯积和信号强度；合理选择数字信号的脉冲形状，不盲⽬追求脉冲的上升速度和幅度；控制电弧放电，尽量选⽤⼯作电平低的、有触点保护的开关或继电器，选择加⼯精密的电机；应⽤良好的接地来抑制接地⼲扰、地环路⼲扰和⾼频噪声。

2）抑制⼲扰耦合
把携带电磁噪声的元件和导线与连接敏感元件的连接线在空间上隔离；缩短⼲扰耦合路径，宜使携带⾼频信号或噪声的导线尽量短，必要时使⽤屏蔽线或加屏蔽套；注意布线和结构件的天线效应，对通过电场耦合的辐射骚扰，尽量减少电路的阻抗，⽽对磁场耦合的辐射，则尽量增加电路的阻抗；应⽤屏蔽等技术隔离或减少辐射路径的电磁骚扰；应⽤滤波器、脉冲吸收器、隔离变压器和光电耦合器等滤除或减少传导途径的电磁骚扰。

3）提⾼抗扰度
对于电磁骚扰源的各种抑制措施，多数也同样适⽤于提⾼设备的抗扰度。

此外对敏感设备，在设计中尽量少⽤低电平器件，也不盲⽬选择⾼速器件，去掉那些不⼗分需要的敏感部件，适当控制输⼊灵敏度，等等。