电磁兼容基础知识

电磁兼容基础知识

近年来铁路机车所用技术迅猛发展，对铁道技术的电磁兼容性要求日益提高。采用了微处理器的牵引、制动及列车的控制装置以及分布在全列车上的数据总线系统，都更重视设备的抗干扰性能。随着机车电传动式由交直向交直交的变迁，机车车辆的牵引和辅助驱动采用大功率、高电压和高电流上升率以及极高开关频率的现代变流技术，从而提高了功率部分的干扰电势。此外，机车车辆中设备的安装面积很有限，这一面迫使控制装置和功率部分挨得很近，另一面也使功率部分和通信与信号装置等靠的很近，由此导致了铁路技术对电磁兼容性有着特殊的要求。

目前我司产品涉及到的电磁兼容相关铁标如下：

GB/T 17626.2-2006 电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验

GB/T 17626.3-2006 电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验

GB/T 17626.4-2008 电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

GB/T 17626.5-2008 电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验

GB/T 17626.6-2008 电磁兼容试验和测量技术射频场感应的传导骚扰抗扰度试验基于此，特对电磁兼容相关资料进行整合，以期给从事技术及相关工作的同事带来一些帮助，抛砖引玉。

一、名词解释

电磁骚扰：任可能引起设备、装置或系统性能降低或者有生命或者无生命物质产生损害作用的电磁现象。

电磁兼容（EMC)：一个设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不会对其工作环境中的任事物产生不可承受的的电磁骚扰的能力。

电磁干扰（EMI) ：电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。

骚扰抗扰性度：装置、设备或系统面临电磁骚扰不降低运行性能的能力。

瞬态：在两相邻稳定状态之间变化的物理量或物理现象，其变化时间小于所关注的时间尺度。

脉冲：在短时间突变，随后又迅速返回其初始值的物理量。

冲激脉冲：针对某给定用途，近似于一单位脉冲或狄拉克函数的脉冲。

尖峰脉冲：持续时间较短的单向脉冲。

骚扰限值（允值）：对应于规定测量法的最大电磁骚扰允电平。

干扰限值（允值）：电磁骚扰使装置、设备或系统最大允的性能降低。

差模电压：一组规定的带电导体中任意两根之间的电压。

共模电压：每个导体与规定参考点（通常是地或机壳）之间的相电压的平均值。

信噪比：规定条件下测得的有用信号电平与电磁噪声电平之间的比值。

电容耦合：又称电场耦合或静电耦合，是由于分布电容的存在而产生的一种耦合式。耦合是指信号由第一级向第二级传递的过程，一般不加注明时往往是指交流耦合。

退耦：防止前后电路网络电流大小变化时，在供电电路中所形成的电流冲击对网络的正常工作产生影响。消除电路网络之间的寄生耦合。

去耦电容：打破系统或电路的端口之间的耦合，以保证正常的操作。

旁路电容：在瞬态能量产生的地为其提供一个到地的低阻抗通路。

储能电容：保证在负载快速变到最重时电压不会下跌。

二、EMC问题来源

所有电器和电子设备工作时都会有间歇或连续性电压电流变化，有时变化速率还相当快，这样会导致在不同频率或一个频带间产生电磁能量，而相应的电路则会将这种能量发射到围的环境中。

EMI有两条途径离开或进入一个电路：辐射和传导。信号辐射是通过外壳的缝、槽、开或其他缺口泄漏出去；而信号传导则通过耦合到电源、信号和控制线上离开外壳，在开放的空间中自由辐射，从而产生干扰。

很多EMI抑制都采用外壳屏蔽和缝隙屏蔽结合的式来实现，大多数时候下面这些简单原则可以有助于实现EMI屏蔽：从源头处降低干扰；通过屏蔽、过滤或接地将干扰产生电路隔离以及增强敏感电路的抗干扰能力等。EMI抑制性、隔离性和低敏感性应该作为所有电路设计人员的目标，这些性能在设计阶段的早期就应完成。

对设计工程师而言，采用屏蔽材料是一种有效降低 EMI 的法。如今已有多种外壳屏蔽材料得到广泛使用，从金属罐、薄金属片和箔带到在导电织物或卷带上喷射涂层及镀层(如导电漆及锌线喷涂等)。

EMC设计的目的：

①自身功能实现：设备部电路互不干扰，达到预期的功能；

②对外干扰低：设备产生的电磁干扰强度低于特定的极限值；

③对抗扰能力强：设备对外界的干扰具有一定的抵抗能力。

EMC存在的三要素：

①干扰源；

②敏感装置；

③

以上三要素缺一不可，所以我们的EMC设计也就是围绕以上三要素而展开，通常采取的措施有：

①减少干扰源的强度；

②切断耦合途径；

③耦提高设备抗干扰的能力。

电磁干扰存在三个巧合：

①时间巧合

②空间巧合

③频率巧合

只有三个巧合同时发生，才会产生电磁干扰，所以在产品的实际应用中，电磁干扰存在随机性、不确定性。

注意：低频最怕回路大，高频最怕导线长！

三、EMC常用元件介绍

3.1共模电感

由于EMC 所面临解决问题大多是共模干扰，因此共模电感是我们常用的有力元件之一。以下简单介绍一下共模电感的原理及使用情况。

共模电感是以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，它由两个尺寸相同，匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。原理是流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加，从而具有相当大的电感量，对共模电流起到抑制作用，而当两线圈流过差模电流时，磁环中的磁通相互抵消，几乎没有电感量，所以差模电流可以无衰减地通过。因此共模电感在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号，而对线路正常传输的差模信号无影响。

共模电感应满足以下要求：

1）绕制在磁芯上的导线要相互绝缘，以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路。

2）当线圈流过瞬时大电流时，磁芯不要出现饱和。

3）线圈中的磁芯应与线圈绝缘，以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿。

4）线圈应尽可能绕制单层，这样做可减小线圈的寄生电容，增强线圈对瞬时过电压的抑制能力。

通常情况下，同时注意选择所需滤波的频段，共模阻抗越大越好，因此我们在选择共模电感时需要看器件资料，主要根据阻抗频率曲线选择。另外选择时注意考虑差模阻抗对信号的影响，主要关注差模阻抗，特别注意高速端口。

3.2磁珠