电磁兼容性基础知识及其实现-电磁兼容性定义

电磁兼容性基础知识及其实现-电磁兼容性定义

来源:中国电磁兼容网/作者: 王清洲

摘要：从常用的电磁兼容性基础和到一般电磁辐射以及电磁干扰的解决方案

主题词：电磁兼容电磁干扰滤波接地屏蔽辐射

1 概述

1.1 电子设备的电磁兼容性

电磁兼容性技术又称环境电磁学，在开始的时候它仅仅考虑的是对无线电广播带来的射频干扰。但当今电子产品的数量越来越多，各种电子设备发射功越来越大，电子设备系统的灵敏度越来越高，并且接收微弱信号能力越来越强，同时电子产品频带也越来越宽，尺寸越来越小，相互影响也越来越大。因此电磁骚扰不再局限于辐射，还要考虑感应、耦合和传导等引起的电磁干扰，如电磁辐射照射对生物的危害、静电、雷电等都属于电磁兼容性范畴。但本书只讨论电子设备的系统分系统的电磁兼容性问题。

电磁兼容三要素是干扰源（骚扰源）、耦合通路和敏感体。切断以上任何一项都可解决电磁兼容问题，如图1所示。（下图）图中RE为辐射发射，RS为辐射敏感度，CE为传导发射，CS为传导敏感度。

电磁兼容的解决方案常用的方法主要有屏蔽、接地和滤波，但是这三者或者这三者以外的方案有着必然的联系。

1.2电磁兼容性定义

1.2.1 电磁兼容性

电磁兼容是电子设备系统工程重要指标，是质量可靠性的重要指标，例：武器系统的有限空间极少，不好使用一些屏蔽技术，滤波技术等，在技术上，当今社会要求电子设备抗干扰能力越来越强，此外，电子设备在结构上和选料等问题，都决定电磁兼容是否有问题。-------- 设备或者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。

1.2.2电磁骚扰

任何可能引起设备、装置或系统性能降低或者对有生命或者无生命物质产生损害作用的电磁现象。

1.2.3 电磁干扰

电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。它的主要要素有自然和人为的骚扰源、通

过公共地线阻抗/内阻的耦合、沿电源线传导的电磁骚扰和辐射干扰等。电子系统受干扰路经为经过电源，经过信号线或控制电缆，场渗透，经过天线直接进入；并且有电缆耦合，从其它设备来的传导干扰，电子系统内部场耦合，其它设备的辐射干扰，其它设备的辐射干扰，电子外部耦合到内部场，电子外部耦合到内部场，宽带发射机天线系统，外部环境场等等。

1.2.4 电磁环境

一种明显不传送信息的时变电磁现象，它可能与有用信号叠加或组合。

1.2.5 电磁辐射

a.电磁波形式由源发射到空间的现象。

b.电磁波的形式在空间的现象。

注：“电磁辐射”一词的含义有时也可引申，将电磁感应现象也包含在内。

RFI/EMI可以通过任何一种设备机壳的开口、通风孔、出入口、电缆、测量孔、门框、舱盖、抽屉和面板，以及机壳的非理想连接面等进行辐射。RFI/EMI也可由进入敏感设备的导线和电缆进行辐射，任何一个良好的电磁能量辐射器也可以作为良好的接收器。

1.2.6 脉冲

在短时间内突变，随后又迅速返回其初始值的物理量。

1.2.7共模和差模干扰

电源线上的干扰有共模和差模两种方式，如下图所示。

共模干扰存在于电源任何一相对大地、或中线对大地间。共模干扰有时也称纵模干扰、不对称干扰或接地干扰。这是载流导体与大地之间的干扰。差模干扰存在于电源相线与中线及相线与相线之间。差模干扰也称常模干扰、横模干扰或对称干扰。这是载流导体之间的干扰。共模干扰提示了干扰是由辐射或串扰耦合到电路中来到的。而差模干扰则提示了干扰是源于同一条电源电路的。通常这两种干扰是同时存在的，由于线路阻抗的不平衡，两种干扰在传输中还会相互转化，所以情况十分复杂。干扰经长距离传输后，差模分量的衰减要比共模大，这是因为线间阻抗与线—地阻抗不同的缘故。出于同一原因，共模干扰在线路传输中还会向邻近空间辐射，而差模则不会，因此共模干扰比差模更容易造成电磁干扰。不同的干扰方式要采取不同的干扰抑制方法才

有效。判断干扰方式的简便方法是采用电流探头。探头先单独环绕每根导线，得出单根导线的感应值；然后再环绕两根导线（其中一根是地线）探测其感应情况。如感应值是增加的，则线路中干扰电流是共模的；反之则是差模的。

1.2.8抗扰度电平

将某给定的电磁骚扰施加于某一装置、设备或者系统而其仍然能够正常工作并保持所需性能等级时的最大骚扰电平。也就是说，超过此电平时该装置的系统、设备就会出现性能降低。而敏感性电平是指刚刚开始出现性能降低的电平。所以对某一装置、设备或者系统而言，扰性电平与敏感性电平是同一个数值。

1.2.9抗扰度裕量

装置、设备或者系统的抗扰度限值与电磁兼容电平之间的差值。

2．1 滤波

滤波技术是抑制干扰的一种有效措施，尤其是在对付开关电源EMI信号的传导干扰和某些辐射干扰方面，具有明显的效果。任何电源线上传导干扰信号，均可用差模和共模干扰信号来表示。差模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰；共模干扰在导线与地(机壳)之间传输，属于非对称性干扰。

在一般情况下，差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小，共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。因此，欲削弱传导干扰，把EMI信号控制在有关EMC标准规定的极限电平以下。除抑制干扰源以外，最有效的方法就是在开关电源输入和输出电路中加装EMI滤波器。一般设备的工作频率约为10～50 kHz。EMC很多标准规定的传导干扰电平的极限值都是从10 kHz算起。对开关电源产生的高频段EMI信号，只要选择相应的去耦电路或网络结构较为简单的EMI滤波器，就不难满足符合EMC标准的滤波效果。

2.1 .1瞬态干扰是指交流电网上出现的浪涌电压、振铃电压、火花放电等瞬间干扰信号，其特点是作用

时间极短，但电压幅度高、瞬态能量大。瞬态干扰会造成单片开关电源输出电压的波动；当瞬态电压叠加在整流滤波后的直流输入电压ＶＩ上，使ＶＩ超过内部功率开关管的漏－源击穿电压Ｖ（ＢＲ）ＤＳ时，还会损坏ＴＯＰＳｗｉｔｃｈ芯片，因此必须采用抑制措施。

通常，静电放电（ESD）和电快速瞬变脉冲群（EFT）对数字电路的危害甚于其对模拟电路的影响。

静电放电在5 —200MHz的频率范围内产生强烈的射频辐射。此辐射能量的峰值经常出现在35MHz —45MHz之间发生自激振荡。许多I/O电缆的谐振频率也通常在这个频率范围内，结果，电缆中便串入了大量的静电放电辐射能量。

当电缆暴露在4 — 8kV静电放电环境中时，I/O电缆终端负载上可以测量到的感应电压可达到600V。这个电压远远超出了典型数字的门限电压值0.4V。典型的感应脉冲持续时间大约为400纳秒。

将I/O电缆屏蔽起来，且将其两端接地，使内部信号引线全部处于屏蔽层内，可以将干扰减小60 —70dB，负载上的感应电压只有0.3V或更低。

电快速瞬变脉冲群也产生相当强的辐射发射，从而耦合到电缆和机壳线路。电源线滤波器可以对电源进行保护。线—地之间的共模电容是抑制这种瞬态干扰的有效器件，它使干扰旁路到机壳，而远离内部电路。当这个电容的容量受到泄漏电流的限制而不能太大时，共模扼流圈必须提供更大的保护作用。这通常要求使用专门的带中心抽头的共模扼流圈，中心抽头通过一只电容（容量由泄漏电流决定）连接到机壳。共模扼流圈通常绕在高导磁率铁氧体芯上，其典型电感值为15 ～ 20mH。

2．1.2传导的抑制

往往单纯采用屏蔽不能提供完整的电磁干扰防护，因为设备或系统上的电缆才是最有效的干扰接收与发射天线。许多设备单台做电磁兼容实验时都没有问题，但当两台设备连接起来以后，就不满足电磁兼容的要求了，这就是电缆起了接收和辐射天线的作用。唯一的措施就是加滤波器，切断电磁