电磁兼容与抗干扰技术

第一篇：电磁兼容与抗干扰技术

什么是《电磁兼容与抗干扰技术》（简述）

在各种工业控制系统中，随着变频器等电子电力装置的广泛使用，系统的电磁干扰（EMI）日益严重，相应的抗干扰设计（即电磁兼容EMC）已经变得越来越重要。变频器系统的干扰有时能直接造成控制系统的硬件损坏，有时虽不致损坏系统的硬件，但常使智能化控制装置内微处理器的系统程序运行失控，导致控制失灵，从而造成设备和生产事故。因此，如何提高系统的抗干扰能力和可靠性是自动控制系统设计、制造和应用中不可忽视的重要内容，也是计算机控制技术应用和推广的关键之一。一．电磁兼容（EMC）概述

1.电磁兼容的定义

采用一定的技术手段，使同一电磁环境中的各种电子、电气设备都能正常工作，并且不干扰其它设备的正常工作，这就是电磁兼容（英文Electromagnetic Compatibility，缩写为ECM）.国际电工委员会（IEC）对电磁兼容性的定义是“电磁兼容性是电子设备的一种功能，电子设备在电磁环境中能完成其功能而不产生不能容忍的干扰。”

在国家标准GB/T4365-1995中对电磁兼容严格的定义是：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担的电磁骚扰的能力。电磁兼容有两方面的含义：

（1）设备对来自外部环境的电磁干扰必须具有一定的承受能力（抗扰度）。（2）设备在正常工作时产生的电磁干扰不超过一定的限值，不干扰其它设备的正常工作。

目前，随着我国经济的发展和科技的进步，工控设备的使用越来越广泛。特别是涉及到大的控制系统时，例如控制系统既有PLC、数控系统、变频器、又有智能化仪表控制系统。如果在系统设计和安装时，没有充分考虑电磁兼容的问题，小则造成设备不能稳定运行，大则造成设备的损坏。目前EMC已经成为系统故障的主要原因。

EMC的一条准则是“预防是最有效的，最经济的方案”。所以，EMC已经成为电气系统设计时必须重视的问题。

电磁兼容性学科涉及的理论基础包括电磁场理论、天线与电波传播、电路理论、通信技术、材料科学、生物医学等等，所以电磁兼容性学科是一门实用性很强的综合性的前沿学科。

为了实现仪器设备之间的电磁兼容，国家针对各种电子、电器产品已经颁布了一系列强制性的电磁兼容执行标准。电磁兼容技术贯穿于电子、电器产品设计、制造、检验、销售的全过程。电磁兼容问题解决的越早，投资效益越高。如果在产品的立项、设计阶段就解决了电磁兼容技术，电磁兼容措施的有效性最高，产品的成本最低。如果产品已经成批的制造出来了，才发现不符合国家的电磁兼容标准，在采取补救措施，产品的成本就会大大提高。

二．EMC设计的主要内容 A，电气设计： ① 各元器件的干扰控制和抗干扰措施：屏蔽技术、滤波技术、接地技术的应用。② 元器件的布局、导线的敷设等。B.结构设计：

机箱的屏蔽，包括通风口、缝隙、表头、显示器、指示灯等处的处理。

三．、抗干扰技术概述 A．接地技术 接地的作用和分类 几种常用的接地方法 浮点接地 单点接地 多点接地 混合接地技术 B．滤波技术 反射式滤波器 损耗滤波器 有缘滤波器 C．屏蔽技术

主动屏蔽、被动屏蔽；

静电屏蔽、磁场屏蔽、电磁屏蔽。

四．PLC控制系统的抗干扰。

五．变频器控制系统的抗干扰。

第二篇：电磁兼容技术及应用

电磁兼容技术及应用

摘 要：本文简要介绍电磁兼容相关的各项技术，通过对接地、屏蔽、滤波等技术的分析，说明产品如何实现良好的电磁兼容性，如何将电磁兼容技术融入产品研发流程。对实例分析，结合电磁兼容理论，说明实际测试中的处理

摘 要：本文简要介绍电磁兼容相关的各项技术，通过对接地、屏蔽、滤波等技术的分析，说明产品如何实现良好的电磁兼容性，如何将电磁兼容技术融入产品研发流程。对实例分析，结合电磁兼容理论，说明实际测试中的处理方法，从干扰源、耦合路径、敏感源方面逐步分析验证，提高产品可靠性。

关键词：电磁兼容 接地 屏蔽 滤波

目前，电磁兼容技术已经发展成为专门的针对电子产品抗电磁干扰和电磁辐射的技术，成为考察电子产品的安全可靠性的一个重要指标，覆盖所有电子产品。

各个电子设备在同一空间工作时，会在其周围产生一定强度的电磁场，这些电磁场通过一定的途径（辐射、传导）耦合给其他的电子设备，影响其他设备的正常工作，可能使通讯出错或者系统死机等，设备间相互干扰相互影响，这种影响不仅仅存在设备间，同时也存在元件与元件之间，系统与系统之间。甚至存在与集成芯片内部。

电磁兼容技术主要包括接地、滤波、屏蔽技术等，在特定场合需要注意的是不一样的，A、在结构方面，需要注意屏蔽和接地，B、在线缆方面注意接地和滤波，C、在PCB设计方面，需要注意信号布局布线、滤波等。

一、电磁兼容技术

首先从构成电磁干扰的三要素入手，即干扰源、敏感源、耦合路径，★干扰源是产生电磁干扰的设备，通过电缆、空间辐射等耦合路径影响干扰敏感源设备。高频电压/电流是产生干扰的根源，电磁能量在设备之间传播有两种方式：传导发射和辐射发射，传导发射是

以导线为媒体，以电流为现象，辐射发射是以空间辐射为媒体，以电磁波为现象。常见干扰源有雷电、无线通讯、脉冲电路、静电、感性负载通断、天线、电缆导线等。任何电路都可能成为敏感源，数字电路抗干扰性较好，但是风险大，大的脉冲尖峰可能是数字电路误动作，音频模拟电路对射频信号敏感。★耦合路径分为空间耦合和传导性耦合，空间耦合包括互感耦合、电容耦合、天线辐射，传导性耦合包括地线和电源线上的传导。

电磁兼容设计主要包括接地设计、屏蔽设计、滤波设计方面的知识。地线分为安全地、交流地、直流地、数字地、模拟地、机壳地、防雷地等，※地线从电压概念说是提供一个等电位体，从电流概念上说是提供一个电流通路。地线阻抗决定了线路的抗干扰性，其中导线阻抗决定了地线的电位差，回路阻抗决定了实际的地线电流，地环路的存在是电路受干扰的主要原因，减小地环路的面积，降低对线路的影响，使用屏蔽线或同轴电缆都可能减小信号回路的面积，从而达到降低干扰的影响。地线电流总是走地线阻抗比较小的路径，高频低频时线路的阻抗是不一样的，可以根据需要设计信号路径。多层板比双层板的抗干扰性要好，因为多层板有专门的地层和电源层，保证每个信号回路都具有最小的信号回路面积，如果是双层板，最好铺地线网格，来保证最小的回路面积。

单端接地是为了降低电场对设备的影响，两端接地是降低磁场对设备的影响，两端接地形成磁场环路，外界磁场在原来信号与地线构成的回路中产生感应电流的同时，也在屏蔽层与地线构成的回路中产生感应电流Is，Is也会感应出磁场，但是这个磁场与原来的磁场磁场方向相反，相互抵消，导致总磁场减小，减小了干扰。

屏蔽技术，主要是应用在系统的结构上的，也有对线路关键电路进行屏蔽的，如时钟电路、CPU等。考察系统的屏蔽效能可以利用静电测试，如果系统屏蔽做的好，静电会沿着屏蔽体进行泄放，不会对内部线路造成影响。良好的电磁屏蔽的关键因素是屏蔽体的导线连续性，如果必须开孔引导线，采用屏蔽电缆，屏蔽层一定要采用360度环接方式进行接地，保证屏蔽的完整性。根据不同屏蔽层传输阻抗的频率特性和信号工作频率，来选择屏蔽电缆。

滤波包括电源线滤波与信号滤波。电缆是一个很好的天线，有时候即使屏蔽做的很好，仍然不能通过辐射发射和辐射敏感度的试验，这是因为电缆产生的辐射远高于线路板本身及机箱屏蔽不完整发生泄漏所产生的辐射。解决这种问题的一个方法是在电缆的端口处安装滤波器，将干扰电流滤除掉。根据干扰的频率选择滤波器的截止频率，才能有效的滤除干扰。一个系统使用了二阶LC低通滤波器，做辐射试验还是过不去，将前级电容去掉，辐射发射就不超标了，说明了需要降低截止频率才能滤除一部分干扰，增加滤波器的级数增加了曲线的陡度，提高了在工作频率内的滤波性能，并不能将更低频率的干扰滤除。滤波电容引线要短，可以采用“V”形接法，减小高频时的回路阻抗，也可以在引线上增加安装磁珠，加大了引线上的电感，增强了滤波效果。薄膜电容的电阻成分大，应采用陶瓷电容来进行滤波，陶瓷电容的阻抗特性好。

电磁兼容技术应贯穿产品研发始终，包括产品的概要设计、详细设计、原理图印制板设计、结构、组装调试等每个环节，都应该考虑电磁兼容设计，概要设计中需要调研产品应用环境，分析现场干扰类型，评估干扰风险，详细设计中需要针对具体的干扰，采取相应的对策，需要全面设计。原理图印制板图设计需要将各项措施体现在原理图中，必要时进行仿真，印制板图设计时需要按照模块化设计，注意布局布线，敏感电路的电磁兼容防护。结构也是电磁兼容设计中主要的一部分，产品的结构对静电、群脉冲、辐射等有很大的关系，结构要求具有良好的屏蔽性和接地。装配调试环节需要注意信号完整性，保证接地的连续性，注意面板接触问题，在测试环节根据遇到的实际情况，采取相应的措施。

二、电磁兼容实例应用分析

学习电磁兼容技术的整体目标是系统地学习电磁兼容方面的知识，通过学习电磁兼容设计理论，使这些方法、规则、措施等融入实际工作中，来保证产品尽可能可靠。

1、接地问题

实例一：某系统设备在做422通讯串口的射频场感应传导测试，采用双绞屏蔽线，开始采用的是单端接地，测试时出现的误码率高，几乎没有正确的数据，后来采用双端可靠接地，通讯正常。

实例二：某系统设备在做视频鼠标线的射频场感应传导的试验时，在较低频段（3M以下）时显示器有波纹，上下闪动，后来将视频线的显示器侧可靠接地，干扰明显降低，几乎不影响显示。

分析：这两种现象都是在做射频场的感应传导试验时出现的，射频场的感应传导抗扰度试验实质是：设备引线变成被动天线，接受射频场的感应，变成传导干扰入侵设备内部，最终以射频电压电流形成的近场电磁场影响设备工作，以低频磁场为主。

双绞线能够有效地抑制磁场干扰，这不仅是因为双绞线的两根线之间具有很小的回路面积，而且因为双绞线的每两个相邻的回路上感应出的电流具有相反的方向，因此相互抵销。双绞线的绞节越密，则效果越明显。

屏蔽层两端接地时，外界磁场在原来信号与地线构成的回路中产生感应电流的同时，也在屏蔽层与地线构成的回路中产生感应电流Is，Is也会感应出磁场，但是这个磁场与原来的磁场磁场方向相反，相互抵消，导致总磁场减小，减小了干扰。

2、屏蔽问题

实例三：某系统为机柜、机箱式结构，其中控制部分为机箱结构，子板总线板结构，子板均安装面板。做静电试验时，接触放电＋5.5kv时，对主板面板及左右相邻的面板进行静电试验时，控制板重启或死机，后来在控制板附近的面板之间安装指形簧片，系统在接触放电±6.6kv时运行正常。

实例四：某系统试验，用普通机柜，系统很敏感，对机柜引出线（通讯线）进行群脉冲试验，采用耦合夹耦合方式，干扰一加上去，系统就不正常，在通讯线两端增加磁环，效果不明显，后来没有办法了，更换了屏蔽机柜，进行试验，有明显效果，做几轮后，系统才会出现倒机想象，在通讯线进机柜处增加安装磁环后，系统工作正常，几轮试验后，没有出现倒机现象，系统工作都正常。

分析：现在很多系统都是机箱结构，即控制板、采集板、驱动板等都安装在同一机箱中，进行数据交换与控制。安装完成后各电路板会有一定的缝隙，静电脉冲通过面板缝隙，分布电容向主板耦合，使电源失真或控制发生故障系统重启、死机。在面板之间安装指形簧片，使机箱成为一个良好的屏蔽体，由于电荷的“趋肤效应”，当有静电干扰时，静电会沿着表面泄放至大地，对内部电路的影响减小或者消失。

屏蔽机柜对机柜的缝隙和门都进行了处理，缝隙处安装导电簧片，门与机柜接触位置安装导电布衬垫，提高机柜的屏蔽效能，提高机柜整体的抗干扰性，群脉冲干扰的实质是对线路分布电容能量的积累效应，当能量积累到一定程度时就可能引起线路（乃至设备）工作出错。通常测试设备一旦出错，就会连续不断的出错，即使把脉冲电压稍稍降低，出错情况依然不断的现象加以解释。脉冲成群出现，脉冲重复频率较高，波形上升时间短暂，能量较小，一般不会造成设备故障，使设备产生误动作的情况多见。

3、磁环的作用

实例五：对一个机箱结构系统做群脉冲实验，机箱内含有控制板、采集板、驱动板等，采集线、驱动线出机柜，需要做信号线群脉冲实验，当干扰施加在采集线上时，所有的采集板上指示灯都闪烁，对采集回路进行分析，采集输入有光电隔离器件，采集回线为动态的12V输出，当干扰施加时，可能造成采集回线上的电压失真，造成指示灯闪烁，找了一个闭合磁环，安装在采集回线上，进行实验，在某一极性下指示灯闪烁，说明磁环有作用，然后根据其阻抗特性，绕制2圈，实验效果不明显，后来试验一下绕制3圈，结果，采集指示灯显示正常，多次试验，系统均正常。

分析：磁环对群脉冲干扰有很好的抑制作用，根据实际情况安装在通讯线的两端或一端，磁环有不同的阻抗特性，对干扰信号进行频率分析，设计磁环的截止频率正好落在干扰信号频率附近，使磁环体现较大的阻抗性，来抑制干扰。

磁环的圈数影响磁环的阻抗特性，圈数越多，阻抗特性曲线向低频率方向移动，即较低频率下的阻抗越大，若此频率比较接近干扰频率时，就能起到很好的抑制干扰的作用。

电磁兼容技术融入电子产品开发设计中，可以提高产品的安全可靠性，如果在实际测试中，某一方面存在缺陷，可以从电磁干扰的方式上入手进行一步一步测试，电磁干扰有两种形式：传导发射和辐射发射，从各自的耦合路径进行查找。一个系统指标超标，可以先从辐射发射上解决，设备是否屏蔽良好，机壳上孔用导电布封住，导电布要与机壳良好接触，再进行试验，如果还超标，那就是干扰主要是传导发射引起的，在设备机壳出口处安装信号滤波器和电源滤波器，进行试验，如果还超标，那就是干扰是通过电缆辐射和传导发射出来，通过对屏蔽层的接地，减小地环路等措施必定能查找到原因并解决。

三、结语

产品需要逐步更新完善，才能达到一定的安全可靠，电磁兼容技术需要不断的积累，才能保证产品的安全可靠，产品应用场合不同，遇到的电磁干扰有所不同，产品的性能也不同，需要根据实际应用环境，分析干扰源，查找耦合路径，明确敏感源，对干扰源采取隔离措施，切断耦合路径或者疏导干扰，对敏感源采取屏蔽、滤波等措施，保证产品安全可靠工作。

第三篇：智能电表的电磁兼容测试与抗干扰研究说明

智能电表的电磁兼容测试与抗干扰研究

摘要：为了提高现代智能电表设计中的抗干扰性能和增强电表工作时系统的稳定性，本文主要从电快速脉冲群抗扰度测试、辐射电磁抗扰度测试及传导电磁干扰抗扰度测试三个方面对智能电表进行电磁兼容测试.此外，还研究了几种抗干扰技术以及通过实践研究总结的一些电磁兼容测试的简易测试方案.关键词：电磁兼容，测试方法，智能电表，抗干扰

由于智能电表的设计中引入了微控制器，这对设备的电磁兼容性能提出了更高的要求.主要原因是外界的电磁干扰可能导致程序控制的指针“跑飞”，可能导致电量数据的错误、丢失甚至系统的混乱.由于电表在电网系统中的特殊地位，不可能像其他电子设备一样经常性地通过复位使其恢复初始状态来处理设备异常工作甚至死机等现象.因此，必须从源头上采取提高智能电表电磁兼容性能的措施，以加强其抗干扰能力，确保其在规定的条件下正常稳定运行.针对以上问题和对智能电表在实际工作中的电磁环境分析，我们主要从电快速脉冲群（EFT)干扰、辐射电磁干扰（Radiated EMI）和传导电磁干扰（Conducted EMI）三个方面考察智能电表的电磁兼容性能.测试方法

1.1 电快速脉冲群抗扰度测试方法

EFT干扰是由于电路中的机械开关对电感性负载的切换产生的，它会对电路中的其他电气和电子设备产生干扰.这种干扰的特点是：脉冲成群出现、重复频率高（脉冲重复频率：5KHz，脉冲群重复周期：300ms）、脉冲波形上升时间短（5ns）.脉冲群对电路中的半导体器件的结电容充电，当电容上的能量累积到一定程度时就会引起设备的误动作.EFT抗扰度测试主要就是验证干扰施加在受试设备（EUT，本文中指的是智能电表）的电源及I/O线路上时设备的抗干扰能力.电源线是通过耦合/去耦网络施加干扰的，而I/O线路则是通过电容耦合夹施加干扰的.测试中无论是施加在电源线上的干扰还是I/O线路上的干扰都是不对称干扰（是指线与大地之间的干扰，即共模干扰），这也就为如何抑制EFT干扰提供了着手点.对于智能电表，我们采用台式设备的测试方法.首先，检查电表的功能性能；然后，按照测试标准连接设备，示意图如图1；其次，按照产品技术条件确定实验等级，让EFT发生器输出开路，接示波器，设定EFT

发生器的各个参数；接着，将EFT发生器的输出接耦合/去耦网络或电容耦合夹，对智能电表施加脉冲群，要求每种试验电压下做3次试验，每次1min，间隔1min，一种极性做完后换另一种极性，一根线做完后再换另一根，同时观察智能电表功能是否正常；最后，断开所有连接，重新检查智能电表功能是否正常，并记录试验结果，编制试验报告。

图1 EFT试验设备布置与连接示意图

作为智能电表设计初级阶段的简易EFT抗扰度测

试方法，我们可以采用图2所示的方法粗略验证EUT的电磁兼容性能。如图2所示，在EUT上绕上数圈（圈数与试验严酷等级成正比，一般10圈相对而言已经比较严酷），通过控制信号控制继电器的闭合从而控制外围线圈的通断电，模拟了EFT干扰。该方法可以对EUT做初步的测试。

图2 EFT简易测试图 1.2 射频辐射电磁场抗扰度测试方法

射频辐射电磁场干扰（R-EMI）主要是由电台、电视台、固定或移动式无线电发射台和各种工业辐射源产生的。标准IEC61000-4-3:2002主要把个人使用的移动电话作为辐射源的重点考虑点，原因是移动电话使用的普遍性和其在局部范围内辐射干扰比较强。试验的频率定为80MHz~2GHz，而其上限频率今后可能扩展到更高。标准要求用1kHz的正弦波对载波频率进行幅度调制，以便模拟语音信号对载频的幅度调制情况[*].试验中对不同的频段采用不同的天线产生所需的电磁场。双锥天线的适用频段为20~200MHz，对数周期天线适用频段为200~1000MHz，对于1~2GHz的频段可以采用角锥喇叭天线和双脊波导天线。试验需要在电波暗室内进行，试验框图如图3所示。图中天线（包括升降塔、转台）、均匀场及场强探头均处在电波暗室内，通过计算机控制信号发生器和功率放大器从而实现对场强的控制。

图3 试验框图

测试过程是这样的：首先，按照设备技术要求确定试验等级，不加正弦调制信号产生试验等级要求强度的均匀场（覆盖所有测试频段）；其次，使用校准过程中确定的电平，以正弦波对其调幅（深度80%），信号发生器扫频速度不超过1.5×10-

3十倍频程/秒；最后，将试品放在转台上，让设备各面都接受试验（试品在一个面上做两次试验，天线分别处于垂直和水平位置上），观察其功能和性能是否正常。

考虑到试验设备复杂、成本昂贵以及受试设备（智能电表）体积不大的特点，在工程应用中我们常采用吉赫兹横电磁波室（GTEM小室）对其进行R-EMI测试。试验组成如图4所示，N型接头向小室传播的为近似平面波（实际为球面波，但张角很小），小室芯板与底板之间形成均匀场区（芯板和底板扮演了天线的角色，要改变场的极化方向只能改变电表的相对方向来实现）。为做到不因电表的置入而过于影响场的均匀性，电表不得超过芯板与底板之间高度的1/3。GTEM小室内场强E=kV/h，其中k为比例系数，V为N型接头输入的信号电压，h为芯板距底板的垂直距离。测试方法与前面所示测试方法相似。

图4 GTEM小室测试

1.3 由射频场感应所引起的传导干扰抗扰度测试方法

传导干扰（C-EMI）通常是由电焊机、可控硅整流器、荧光灯及在开关电感性负载时产生的。其所涉及频段为150kHz~80MHz，刚好与前面的R-EMI相对应。该试验主要考虑到低频段时设备引线的长度可能达到干扰波的几个波长，这样引线就变成了被动天线接收射频场的感应，变为传导干扰进入设备内部，最终以射频电压和电流形式的近场电磁场影响设备的工作。

试验整体框图如图5所示，试验发生器中的低通和高通滤波器的作用是为防止信号谐波对电表产生干扰；固定衰减器是为了使试验发生器达到50欧姆（由于各电网阻抗不同，为此规定一个统一的50欧姆阻抗，以便测试结果相互比较）输出阻抗以减小功放至耦合网络间的不匹配程度；信号发生器要求与R-EMI信号发生器要求相似（不同的是频段范围为150kHz~80MHz）；耦合/去耦网络是将干扰信号施加到电源线路上；线性阻抗稳定网络（LISN）是目前国际上规定的传导性电磁干扰测量设备，图6为分别测试两条电源线上传导干扰的单相LISN，当BMC端接骚扰测试仪时，仪器内部的标准阻抗为50欧姆，共模和差模干扰电流将从该50欧姆阻抗上流过，此时，LISN起到了为共模和差模干扰电流在所需测量的频段提供一个固定阻抗（50欧姆）的作用，而50欧姆电阻上的电压就是传导干扰电压。传导干扰的耦合/去耦网络可以参见标准IEC61000-4-6。

测试前要尽可能接近智能电表的实际安装条件来连接电缆，这里我们只介绍了电源线的传导干扰测试，实际上传导干扰还可能发生在平衡线对及非屏蔽不平衡电缆上，其测试与上面介绍的测试方法相似，这里不再赘述。需要指出的是，要依次将试验发生器与每个耦合/去耦网络相连，而在其他未注入信号的耦合/去耦网络射频输入端接50欧姆的电阻。测试时先将试验电平（未加调制时的试验电平）调到试验等级的规定值，然后由1kHz正弦波调幅（深度80%）。试验以速度不超过1.5×10-3十倍频程/秒且在规定频段内扫频测试（扫频步幅不超过上一频率值的1%，每一频率的驻留时间不少于电表所需运行和响应的时间）同时观察电表的功能和性能是否正常。

图5 C-EMI测试框图

图6 单相LISN测试连接图 抗干扰措施

2.1 硬件抗干扰

系统失效和硬件损坏大部分是由各种干扰引起的，而绝大多数的干扰来自电源，所以对系统电源的抗干扰技术就显得尤为重要。下面就介绍几种电源的抗干扰措施。

（1）在电源变压器的初级串联一个电源滤波器，如“双绕组扼流圈”的滤波线路，它对高频干扰信号阻抗很大，使整个设备与电网之间有一定的高频隔离，同时对于外界的高频电磁场干扰也起到一定的抑制作用。

（2）在各相交流电源的进线端并联一个压敏电阻（MOV），其阻值随施加在它两端的电压的增加而减小。这样可以在供电出现过压时形成一个低阻的分流器，从而可以防止施加在设备两端的电压急剧上升。当电压恢复正常时，MOV又恢复到高阻状态。

（3）在主控制器供电电源之前的三端稳压器前并联一个瞬变电压抑制二极管（TVS）。当TVS两端有瞬

间高能冲击，它能以极高的速度成为低阻抗器件，吸

收大量电流，从而将其两端的电压嵌位在一个较低的值上，保护后面电路不因瞬态高压而损坏。这一措施对于像雷击浪涌之类的干扰是比较有效的。

（4）主控电路采用独立的供电电源，各电路模块之间采用合适的隔离措施（如光耦等）增强各模块电路之间的互扰。

以上几点就是硬件抗干扰设计的措施和技巧，通过以上的措施，就可以有效地抑制一部分干扰源对设备功能和性能的不良影响。2.2 软件抗干扰

软件抗干扰主要是防止电表在工作过程中出现大的错误。电表作为用电量的测量和记录设备，诸如用电量等数据是十分重要的，这些数据的获取和传输及存储过程必须保证其准确可靠。下面就保证E2PROM数据写入的可靠性措施做一简要介绍。

（1）使用软件陷阱。当控制器运行时受到干扰可能导致程序指针PC指向非程序区，使程序“跑飞”，很可能进入某个循环中挑不出来。当循环中没有清除看门狗指令时，在给定看门狗定时条件下PC指针将复位。当循环中有清除看门狗指令时，就会产生死机。对于这种情况，程序可以设置大量的软件陷阱，当PC进入非程序区时可能跳到软件陷阱中，从而可以顺利地使PC复位。设置软件陷阱的位置主要有：①没有使用到的中断区。在没有使用到得中断服务子程序中设置软件陷阱可以有效地捕捉到错误的中断。②在处理器未编程的大量空间编写软件陷阱指令。当程序跑飞入该区域时可以迅速地跳入正轨。

（2）定时设置I/O口状态。对于有些控制器可以编程I/O口的状态，这样当微处理器受到干扰时I/O口的状态可能改变，比如电脉冲输入口被干扰改变为输出口时，就会导致用户使用了电但是电表却检测不到。因此，周期性地重复定义I/O口的输入/输出状态对于干扰环境下的电表运行是有益的。

（3）数据校验。因为电表中的部分数据是十分重要的，不能出错，因此，对这些数据的输入是要进行特别的合法性判断的。例如，对电量数据的格式进行判断，就可以有效地限制一些错误的产生，提高其抗干扰性能。小结

在设计智能电表时，从电磁兼容的角度出发就可以高效地设计出经受的住其电磁环境要求的性能稳定产品，这可以避免走很多弯路。针对智能电表的实际工作环境和特点，主要从EFT、R-EMI、C-EMI三个方面考察其电磁兼容性能。结合实际和标准要求，采用简便、高效的测试手段有助于智能电表的设计。同时采用合理的有针对性的抗电磁干扰技术可以保证智能电表在规定的技术条件下稳定可靠地工作。

第四篇：电磁兼容测试

一、前言

自从麦克斯韦建立电磁理论、赫芝发现电磁波百余年来，电磁能得到了充分的利用。尤其在科学发达的今天，广播、电视、通信、导航、雷达、遥测遥控及计算机等领域得到了迅速的发展，给人类创造了巨大的物质财富，特别是信息、网络技术的爆炸性发展，使世界的对话距离和时间骤然缩短，世界的面貌焕然一新，地球村的梦想将成为现实。然而，伴随电磁能的利用，也带来了电磁干扰的产生。元用的电磁场，通过辐射和传导的途径，以场和电流(电压)的形式，侵人工作着的敏感的电子设备，使其无法正常工作。而且，如同生态环境污染一样，随着科学技术的发展.电磁环境的污染也越来越严重。它不仅对电子产品的安全与可靠性产生危害，还会对人类及生态产生不良影响。当然，这种污染不会滞留和积累电磁能量，一旦电磁骚扰源停止工作，干扰也即消失。

电磁环境的不断恶化，引起了世界各工业发达国家的重视，特别是二十世纪七十年代以来，进行了大量的理论研究及实验工作。进而提出了如何使电子设备或系统在其所处的电磁环境中，能够正常的运衍，而对在该环境中工作的其它设备或系统也不引人不能承受的电磁干扰的新课题。这就是所谓的电磁兼容。

电磁兼容学是一门新兴的跨学科的综合性应用学科。作为边缘技术，它以电气和元线电技术的基本理论为基础，并涉及许多新的技术领域，如微波技术、微电子技术、计算机技术、通信和网络技术、以及新材料等等。电磁兼容技术研究的范围很广，儿乎所有现代化工业领域，如电力、通信、交通、航天、军工、计算机和医疗等都必须解决电磁兼容问题。研究的热点内容主要有：

电磁干扰源的特性及其传输特性；

电磁干扰的危害效应；

电磁干扰的抑制技术；

电磁频谱的利用和管理；

电磁兼容性标准与规范；

电磁兼容性的测量与试验技术；

电磁泄漏与静电放电等。

电磁兼容学又是技术与管理并重的实用工程学。开展这样的工程，需要投入大量的人力和财力。国际标准化组织已经和正在制定EMC的有关标准和规范。我国在这方面的起步虽然较晚，但发展很快。随着市场经济的发展，我国要参与世界技术市场的竞争，进出口的电子产品都必须通过EMC检验。因此，我国政府和相关部门越来越关注EMC问题，不断制定了有关的强制性贯彻标准。各部门和军兵种也都开始研究并建立了不同规模的EMC实验室和检测中心。各种形式的技术研讨和交流，促进了EMC技术的普及、推广和应用。我国98年已立法强制对六类进口电子产品(计算机、显示器、打印机、开关电源、电视机和音响)及通信终端产品施行EMC检测。99年国家质量监督局发布了《EMC认证管理办法》。我国电子技术标准化研究所EMC测试实验室被美国联邦通信委员会通过了FCC认可。从2000年2月16日起，出口美国的信息技术设备和发射及接收设备，由该实验室出具的数据将被美国直接接受。目前，国内也正在审定和验收正式的EMC认证机构和实验室。

产品的EMC检测是实现电磁兼容不可缺少的技术手段，强制贯彻电磁兼容标准，则是保证产品质量和提高市场竞争力的先决条件。

二、电磁兼容基本概念

关于EMC的有关概念、定义和术语，在1995年颁布的国家标准GB/T4365“电磁兼容术语”中有详细的阐述。这里仅就几个主要概念作一些辅助说明。

1.电磁环境(Electromagnetic Environment)

指存在于给定场所的所有电磁现象的总和。

给定场所即空间。所有电磁现象包括全部时间与全部频谱。

2.电磁兼容性(Electmmagnetic Compatibiiity-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任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

对于EMC这一概念，作为一门学科，可译为“电磁兼容”，而作为一个设备或系统的电磁兼容能力，可称为“电磁兼容性”。

由定义可以看出，EMC包括两个方面的含义，即设备或系统产生的电磁发射，不致影响其它设备或系统的功能；而本设备或系统的抗干扰能力，又足以使本设备或系统的功能不受其它干扰的影响。这就又引出了另外两个概念——电磁干扰和电磁敏感度。

3.电磁干扰(Electromagnetic Interference-EMI)

电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。

所谓电磁骚扰(Electmmagnetic Disturbance)是指任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或元生命物质产生损害作用的电磁现象。它可能是电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化，它可能引起设备或系统降级或损害，但不一定会形成后果。而电磁干扰则是由电磁骚扰引起的后果。电磁干扰是由干扰源、藕合通道和接收器三部分构成的。通常称作干扰的三要素。

根据干扰传播的途径，电磁干扰可分为辐射干扰和传导干扰。

辐射干扰(Radiated Interference)是通过空间并以电磁波的特性和规律传播的。但不是任何装置都能辐射电磁波的。

传导干扰(Conducted Interference)是沿着导体传播的干扰。所以传导干扰的传播要求在干扰源和接收器之间有一完整的电路连接。

4.电磁敏感度(Electmmagnetic SuseeptibilkrEMS)

在存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统不能避免性能降低的能力。敏感度高，抗扰度低。其实二者是一个问题的两个方面，即从不同角度反映装置、设备或系统的抗干扰能力。以电平来表示，敏感度电平(刚刚开始出现性能降低时的电平)越小，说明敏感度越高，抗扰度就越低；而抗扰度电平越高，说明抗扰度也越高，敏感度就越低。

电磁敏感度也分为辐射敏感度和传导敏感度。

三、电磁干扰的危害

人们常说的射频干扰(Radio Frequency Interference-RFI)是指元线电广播范围的干扰。1934年在巴黎举行的国际无线电干扰特别委员会(CISPR)，就是第一次开始对电磁干扰及其控制技术的世界性有组织的研究。在人类进入信息化社会的今天，电磁波作为一种资源已在OHz~400GHz宽频范围内，广泛地用于信息技术产品中，如汽车、通信、计算机、家电等产品，大量地拥人社会和家庭。伴之而来的电磁干扰也就从甚低频到微波波段，无孔不入地辐射或传导至运行中的子设备或系统以及周围的环境。给设备或系统以及生态带来各种各样的危害。现就几个领域的电磁骚扰现象作简要介绍。

(一)信息技术设备的电磁干扰不容忽视

信息技术设备(Informatbn Technohgy Equipmem-ITE)是指用于以下目的的设备：

接收来自外部源的数据(如通过键盘、数据线输入)；

对接收到的数据进行某些处理；

提供数据输出。

过去，人们往往认为，计算机是以逻辑为特征的数字系统，受自身和外来电磁干扰影响不会很大。尽管在系统设计和工程实现中，也自觉或不自觉地进行着防止和消除各种干扰的工作，然而，提到掌握和运用EMC技术上来认识和研究，其意识性还欠缺。然而，随着微电子技术的发展，计算机己朝高速度、高灵敏度、高集成和多功能方向发展，系统已是含有多种元器件和许多分系统的低压传输信息的复杂设备。高速和高密，会使系统的辐射加重，低压、高灵敏度会使系统的抗扰度降低。因此，由于电磁环境的干扰和系统内部的相互窜扰，严重地威胁着计算机和数字系统工作的稳定性、可靠性和安全性。如兼容机经常出现死机的现象就是典型一例。

(二)信息技术设备的电磁泄揭威胁着信息安全

计算机的键盘、显示屏等都会使信息辐射泄漏出去。如果泄漏的是有用信息，一旦被敌方截获，将会造成巨大损失。美国是最早利用电磁辐射泄漏获取情报和重视防信息泄漏的国家。美国曾有人在纽约做过试验，将辐射信号截获设备“数据扫描器”装在汽车上，从曼哈顿南端的贝特利公园，沿华尔街缓行，对沿途的海关大楼、联邦储备银行、世界贸易中心、市政厅、警察总局、纽约电话局以及联合国总部等单位正在工作的计算机进行辐射信号监测。惊奇地发现，纽约是一个巨大的信息库。如果截获者，对其有兴趣，便可通过放大、特征提取、解密、解码等技术或信息处理等，获得有用的情报。据资料介绍，当今的截获技术相当先进，可在1公里之内，获取清晰的屏幕图像。在通信方面，则往往是以传导波的方式泄漏和截获。因为，通信领域的信号传播方式主要是电缆、光缆和无线电波。所以，网络时代，传导形式的泄密更加严重。美国曾在20世纪70年代，一个潜水员在前苏联领海纵深内部的鄂霍次克海120米深的海底军事通信电缆上安装了一个6米长的窃听设备，它大量记录了所有经过电缆的通信信号。由于没有采取任何加密措施，而使大量军事通信情报轻易地落在了美国人手中。美国在信息泄漏的制技术方面也很高明。美国国家安全局和美国国防部从二十世纪六十年代就开始研究制定和逐步完善的防电磁泄漏标准，就是用于计算机及信息设备防信息泄漏的研究被称作Tempest技术。IBM开发的Tempest个人计算机、打印机、显示器等产品.就有明显的市场竞争力。在网络时代，信息泄漏被认为是对网络安全的最大威胁。所以，防信息泄漏已不再只是对军事领域才有意义，而在经济领域及各行各业都应引起足够的重视了。

(三)机载系统的EMI现象

我们都知道，在飞机上不允许使用笔记本电脑、手机和听CD片等。其原因就在于避免这些设备产生电磁骚扰。一旦电磁骚扰通过飞机上的电缆线藕合到机上的敏感设备，就可能形成干扰，使设备工作不稳，甚至失控。如果这些骚扰通过机舱的窗户向外辐射，使空间的电磁环境更加复杂，而机身上有大量的传感器和数十付天线，就会因干扰而增加飞机偏离航线或造成其它事故的可能性。本来飞机设计对电磁兼容性，尤其是抗扰性的要求就是非常高的。

现代交通工具越来越多的依赖于电子系统。对车载接收、监控和定位等电子控制系统来说，如果电磁抗扰度不够，就很容易受空间电磁环境干扰而不能正常工作，甚至失控造成事故。如气囊的保护失灵、定位错误等。铁路道岔的信号自动控制，如果因电磁干扰造成误控，将会给列车的行驶带来不堪设想的灾难。

(四)微波领域的电磁干扰

卫星地面站和雷达装置都会受到诸如：特高频波段的电视信号、核电信号等干扰。如美国正在研制的新一代大功率徽波武器，其频率在l~100GHz范围，可想，强的微波辐射将会给电子设备或系统以及生物带来多么严重的破坏和杀伤。

移动电话正在我国蓬勃发展，可是它所产生的电磁干扰给持手机的人们带来许多困扰和惊恐。目前，国家尚无关于移动电话的电磁辐射卫生标准，也无手机电磁辐射测试方法的标准.但据有关部门的初步检测和分析，认为手机的电磁辐射为点频微波辐波。手机在使用过程中，其电磁辐射以手机与基站(网)取得联系时最大，第一声铃响后，辐射逐渐减小。所以，在手机接通后的最初几秒之内，最好不要马上将手机贴耳接听。因为人的大脑和眼睛对辐射是比较敏感的，以免造成伤害。当然，在通话过程中，声调的高低、声音的大小和快慢也会使辐射有所不同。另外，手机的类型不同，天线的内置或外置，其辐射都会有些差别。

(五)EMI对医疗卫生设备或系统的危害

当今，许多医疗设备都采用了先进的电子和信息技术。这些设备的抗扰度如何，直接关系到人们的生命安危。如心脏起膊器，往往就会受到来自计算机、手机等的电磁干扰，使其功能发生变化。据说，一付由生物电控制的假肢，在高压线下受到电磁干扰后人仰车翻。所以医疗设备的电磁兼容性设计尤为重要，医疗单位的电磁环境值得关注。

另外，雷电和静电放电的危害，也属电磁危害范畴，其危害的严重性是人们多有体会和认识的。

四、坚持电磁兼容设计，确保产品质量

EMC学科的建立和一系列电磁兼容标准的制定，为我们从理论与实践的结合上实现产品或系统的电磁兼容提供了指导。

EMC设计的目标是通过EMC测试和认证。

EMC设计的最终目的是为了使我们的设备或系统能在预定的电磁环境中正常、稳定的工作，并对该电磁环境中的任何事物不构成电磁骚扰，即实现电磁兼容。

EMC设计涉及的内容很多。从原理上讲，要研究 干扰的三要素(干扰源、干扰的藕合通道和接收器)和 抑制干扰措施等。从技术来说，主要是如何运用滤波、接地和屏蔽三大技术。

电磁兼容设计的基本原则和方法，首先是根据产品设计对EMC提出的要求和相应的指标，然后，依据电磁兼容的有关标准和规范，将设计产品的电磁兼容性指标要求分解成元器件级、电路级、模块级和产品级的指标要求，再按照各级要实现的功能要求，逐级分层次的进行设计。

电磁兼容性设计应考虑的问题很多，但从根据上讲，就是如何提高设备的抗扰度和防止电磁泄漏。通常采取的措施，一方面设备或系统本身应选用互相干扰最小的设备、电路和部件，并进行合理的布局。再就是通过接地、屏蔽及滤波技术，抑制与隔离电磁骚扰。对不同的设备或系统有不同的设计方法和措施。下面具体谈点粗浅认识。

(一)元器件的选择和电路的分析是EMC设计的基础

以计算机为例.它是以数字电路为主，以低电平传输信号的设备。所用的数字集成电路既是干扰源，又是干扰的敏感器件，以存储器为代表的MOS器件就是一个典型例子。存储器瞬间工作时能产生很大电流，加之工作频率可达百兆以上，因而易产生窜扰，造成误动作或通过公共阻抗干扰其它电路。但另一方面，MOS器件本身的抗扰性又很差。数字电路传送脉冲信号，产生的辐射频率范围很宽，如时钟产生器、高速逻辑电路等都会产生高频干扰和电磁泄漏，同时也会受通信、电视等频段的电磁骚扰。因此，在设计时要考虑选用抗干扰器件，合理确定指标和运用接地、屏蔽等技术。

(二)电珠系统的电磁兼容性设计

无论是信息技术设备还是无线电电子、电气产品都要有电源供电。电源有外电源和内电源，电源是典型的也是危害严重的电磁干扰源。如电网的冲击，尖峰电压可高达千伏以上，会给设备或系统带来毁灭性的破坏。另外，电源干线是多种干扰信号侵人设备的途径。因此，电源系统，特别是开关电源的EMC设计是部件级设计的重要环节。其措施多种多样，诸如供电电缆直接从电网总闸引出，电网引出的交流经稳压、低通滤波、电源变压器绕组间的隔离、屏蔽以及浪涌抑制和过压过流保护等。

(三)接地系统的抗干扰设计

良好的接地可以保护设备或系统的正常操作以及人身安全。可以消除各种电磁干扰和雷击等。所以接地设计是非常重要的，但也是难度较大的课题。地线的种类很多，有逻辑地、信号地、屏蔽地、保护地等。接地的方式也可分单点接地、多点接地、混合接地和悬浮地等。理想的接地面应为零电位，各接地点之间无电位差。但实际上，任何“地”或接地线都有电阻。当有电流通过时，就会产生压降，使地线上的电位不为零，两个接地点之间就会存在地电压。当电路多点接地，井有信号联系时，就将构成地环路干扰电压。因此，接地技术十分讲究，如信号接地与电源接地要分开，复杂电路采用多点接地和公共地等。

(四)印制电路板的EMC设计

元器件、电路和地线引起的骚扰都会在印制电路板上反映出来。因此，印制电路板的EMC工程设计非常关键。印制电路板的布线要合理，如采用多层板，电源线与地线靠近，时钟线、信号线与地线的臣离要近等，以减少电路工作时引起内部噪声。严格执行印制电路板的工艺标准和规范，模拟和数字电路分层布局，以达到板上各电路之间的相互兼容。

另外，值得注意的是在进行EMC设计时，一定不能忽略对静电放电(ESD)的防护。ESD防护的关键，一是防止静电核的产生和积累，再就是阻隔ESD效应的发生。阻止披电的方法和措施很多，这里不做赘述。

五、掌握并运用EMC测试技术

EMC设计与EMC测试是相辅相成的。EMC设计的好坏是要通过EMC测试来衡量的。只有在产品的EMC设计和研制的全过程中，进行EMC的相容性预测和评估，才能及早发现可能存在的电磁干扰，并采取必要的抑制和防护措施，从而确保系统的电磁兼容性。否则，当产品定型或系统建成后再发现不兼容的题，则需在人力、物力上花很大的代价去修改设计或采用补救的措施。然而，往往难以彻底的解决问题，而给系统的使用带来许多麻烦。

EMC测试包括测试方法、测量仪器和试验场所，测试方法以各类标准为依据，测量仪器以频域为基础，试验场地是进行EMC测试的先决条件，也是衡量EMC工作水平的重要因素。EMC检测受场地的影响很大，尤其以电磁辐射发射、辐射接收与辐射敏感度的测试对场地的要求最为严格。目前，国内外常用的试验场地有：开阔场、半电波暗室、屏蔽室和横电磁波小室等。

作为EMC测试的实验室大体有两种类型：一种是经过EMC权威机构审定和质量体系认证而且具有法定测试资格的综合性设计与测试实验室。或称检测中心。它包括有进行传导干扰、传导敏感度及静电放电敏感度测试的屏蔽室，有进行辐射敏感度测试的消声屏蔽室，有用来进行辐射发射测试的开阔场地和配备齐全的测试与控制仪器设备。要建立这样一套完善的实验室需投入几百万甚至数千万元人民币。目前，国内已有数家已建成或正在投资兴建。

另一种类型就是根据本单位的实际需要和经费情况而建立的具有一定测试功能的EMC实验室。比起大型的综合实验室，这类测试实验室规模小，造价低。主要适用于预相容测试和EMC评估。也就是为了使产品在最后进行EMC认证之前，具有自测试和评估的手段。如有不足，还可充分利用社会成果，内外合作，相互比对和交流，以达节约开支，改进设计，不断提高产品的电磁兼容性之目的。

在测试仪器方面，以频谱分析仪为核心的自动检测系统，可以快捷、准确地提供EMC有关参数。新型的EMC扫描仪与频谱仪相结合，实现了电磁辐射的可视化。可对系统的单个元器件，PCB板、整机与电缆等进行全方位的三维测试，显示真实的电磁辐射状况。

EMC测试必须依据EMC标准和规范给出的测试方法进行，并以标准规定的极限值作为判据。对于预相容测试，尽管不可能保证产品通过所有项目的标准测试，但至少可以消除绝大部分的电磁干扰，从而提高产品的可信度。而且能够指出你如何改进设计、抑制EMI发射。

六、结束语

EMC作为一门多学科的高新技术，以其在质量保证体系中的重要作用而逐渐被人们所认识。坚持电磁兼容性设计，提高贯彻EMC标准的意识性。消除电磁干扰，实现电磁兼容，从根本上提高产品的质量与可靠性。

第五篇：电磁兼容作业

题目：电源电磁兼容原理及抑制方法电磁兼容原理作业

姓名：赵军

学号：S20060151

电源电磁兼容原理及抑制方法

随着电子设备的大量应用，电源在这些设备中的地位越来越重要，而开关变换器由于体积小、重量轻、效率高等特点，在电源中占的比重越来越大。开关电源大多工作在高频情况下，在开关器件的开关过程中，寄生元件（如寄生电容、寄生电感等）中能量的高频变化产生了大量的电磁干扰（Electromagnetic Interference，EMI）。

EMI信号占有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经过在电路、空间中的传导和辐射，污染了周围的电磁环境，影响了与其它电子设备的电磁兼容（Electromagnetic Compatibility）性。随着近年来各国对电子设备的电磁干扰和电磁兼容性能要求的不断提高，对电磁干扰以及新的抑制方法的研究已成为开关电源研究中的热点。

本文对电磁干扰产生、传播的机理进行了简要的介绍，重点总结了几种近年来提出的抑制开关电源电磁干扰产生及传播的新方法。1 电磁干扰的产生和传播方式

开关电源中的电磁干扰分为传导干扰和辐射干扰两种。通常传导干扰比较好分析，可以将电路理论和数学知识结合起来，对电磁干扰中各种元器件的特性进行研究；但对辐射干扰而言，由于电路中存在不同干扰源的综合作用，又涉及到电磁场理论，分析起来比较困难。下面将对这两种干扰的机理作一简要的介绍。1.1 传导干扰的产生和传播

传导干扰可分为共模（Common Mode-CM）干扰和差模（Differential Mode-DM）干扰。由于寄生参数的存在以及开关电源中开关器件的高频开通与关断，使得开关电源在其输入端（即交流电网侧）产生较大的共模干扰和差模干扰。1.1.1 共模（CM）干扰

变换器工作在高频情况时，由于dv/dt很高，激发变压器线圈间、以及开关管与散热片间的寄生电容，从而产生了共模干扰。如图1所示，共模干扰电流从具有高dv/dt的开关管出发流经接地散热片和地线，再由高频LISN网络（由两个50Ω电阻等效）流回输入线路。

图1 典型开关变换器中共模、差模干扰的传播路径

根据共模干扰产生的原理，实际应用时常采用以下几种抑制方法： 1）优化电路器件布置，尽量减少寄生、耦合电容。

2）延缓开关的开通、关断时间。但是这与开关电源高频化的趋势不符。3）应用缓冲电路，减缓dv/dt的变化率。1.2.2 差模（DM）干扰

开关变换器中的电流在高频情况下作开关变化，从而在输入、输出的滤波电容上产生很高的di/dt，即在滤波电容的等效电感或阻抗上感应了干扰电压。这时就会产生差模干扰。故选用高质量的滤波电容（等效电感或阻抗很低）可以降低差模干扰。

1.2 辐射干扰的产生和传播

辐射干扰又可分为近场干扰〔测量点与场源距离<λ/6（λ为干扰电磁波波长）〕和远场干扰（测量点与场源距离>λ/6）。由麦克斯韦电磁场理论可知，导体中变化的电流会在其周围空间中产生变化的磁场，而变化的磁场又产生变化的电场，两者都遵循麦克斯韦方程式。而这一变化电流的幅值和频率决定了产生的电磁场的大小以及其作用范围。在辐射研究中天线是电磁辐射源，在开关电源电路中，主电路中的元器件、连线等都可认为是天线，可以应用电偶极子和磁偶极子理论来分析。分析时，二极管、开关管、电容等可看成电偶极子；电感线圈可以认为是磁偶极子，再以相关的电磁场理论进行综合分析就可以了。

图2是一个Boost电路的空间分布图，把元器件看成电偶极子或磁偶极子，应用相关电磁场理论进行分析，可以得出各元器件在空间的辐射电磁干扰，将这些干扰量迭加，就可以得到整个电路在空间产生的辐射干扰。关于电偶极子、磁偶极子，可参考相关的电磁场书籍，此处不再论述。

图2 Bosst电路在三维空间的分布

需要注意的是，不同支路的电流相位不一定相同，在磁场计算时这一点尤其重要。相位不同一是因为干扰从干扰源传播到测量点存在时延作用（也称迟滞效应）；再一个原因是元器件本身的特性导致相位不同。如电感中电流相位比其它元器件要滞后。迟滞效应引起的相位滞后是信号频率作用的结果，仅在频率很高时作用才较明显（如GHz级或更高）；对于功率电子器件而言，频率相对较低，故迟滞效应作用不是很大。2 几种新的电磁干扰抑制方法

在开关电源产生的两类干扰中，传导干扰由于经电网传播，会对其它电子设备产生严重的干扰，往往引起更严重的问题。常用的抑制方法有：缓冲器法，减少耦合路径法，减少寄生元件法等。近年来，随着对电子设备电磁干扰的限制越来越严格，又出现了一些新的抑制方法，主要集中在新的控制方法与新的无源缓冲电路的设计等几个方面。下面分别予以介绍。2.1 新的控制方法—调制频率控制

干扰是根据开关频率变化的，干扰的能量集中在这些离散的开关频率点上，所以很难满足抑制EMI的要求。通过将开关信号的能量调制分布在一个很宽的频带上，产生一系列的分立边频带，则干扰频谱可以展开，干扰能量被分成小份分布在这些分立频段上，从而更容易达到EMI的标准。调制频率（Modulated Frequency）控制就是根据这种原理实现对开关电源电磁干扰的抑制。最初人们采用随机频率（Randomized Frequency）控制[1]，其主要思想是，在控制电路中加入一个随机扰动分量，使开关间隔进行不规则变化，则开关噪声频谱由原来离散的尖峰脉冲噪声变成连续分布噪声，其峰值大大下降。具体办法 是，由脉冲发生器产生两种不同占空比的脉冲，再与电压误差放大器产生的误差 信号进行采样选择产生最终的控制信号。其具体的控制波形如图3(a)所示。

(a)随机频率控制原理波形图

(b)调制频率控制原理波形图 图3 两种不同的频率调制波形

但是，随机频率控制在开通时基本上采用PWM控制的方法，在关断时才采用随机频率，因而其调制干扰能量的效果不是很好，抑制干扰的效果不是很理想。而最新出现的调制频率控制则很好地解决了这些问题。其原理是，将主开关频率进行调制，在主频带周围产生一系列的边频带，从而将噪声能量分布在很宽的频带上，降低了干扰。这种控制方法的关键是对频率进行调制，使开关能量分布在边频带的范围，且幅值受调制系数β的影响（调制系数β=Δf/fm，Δf为相邻边频带间隔，fm为调制频率），一般β越大调制效果越好[2][3]，其控制波形如图3(b)所示。

图4即为一个根据调制频率原理设计的控制电路。各种控制方法可以在不影响变换器工作特性的情况下，很好地抑制开通、关断时的干扰。

图4 一个典型的调制频率控制电路

2.2 新的无源缓冲电路设计

开关变换器中电磁干扰是在开关管开关时刻产生的。以整流二极管为例，在开通时，其导通电流不仅引起大量的开通损耗，还产生很大的di/dt，导致电磁干扰；而在关断时，其两端的电压快速升高，有很大的dv/dt，从而产生电磁干扰。缓冲电路不仅可以抑制开通时的di/dt、限制关断时的dv/dt，还具有电路简单、成本较低的特点，因而得到了广泛应用。但是传统的缓冲电路中往往采用有源辅助开关，电路复杂不易控制，并有可能导致更高的电压或电流应力，降低了可靠性。因此许多新的无源缓冲器应运而生，以下分别予以总结介绍。2.2.1 二极管反向恢复电流抑制电路

对于图5(a)的Boost电路，Q1开通后，D1将关断。但由于此前D1上的电流为工作电流，要降为零，其dv/dt将很高。D1的关断只能靠反向恢复电流尖峰，而现有的抑制二极管反向恢复电流的方法大多只适用于特定的变换器电路，而且只对应某一种的输入输出模式，适用性很差。国外有人提出了图5(b)的电路[6]，可以较好地解决这一缺陷。

图5(b)的关键在于把一个辅助二极管（D2）、一个小的辅助电感（L2）与主功率电感（L1）的部分线圈串联，然后与主二极管（D1）并联。其工作原理是，在Q1开通时，利用辅助电感及辅助二极管构成的辅助电路进行分流，使主二极管D1上的电流降为零，并维持到Q1关断。由于电感L2的作用，辅助二极管D2上的反向恢复电流是很小的，可以忽略。

(a)Boost电路

(b)二极管反向恢复电路

图5 Boost电路及其二极管反向恢复电路

这种方法除了可用于一般的变换器电路，以限制主二极管的反向恢复电流，还可以用在输入输出整流二极管的恢复电流抑制上。图6是这种应用的举例。这种技术应用在一般的电源电路里，都可以获得有效抑制反向恢复尖峰电流、降低EMI、减少损耗提高效率的效果。

(a)输入整流电路

(b)输出整流电路 图6 输入输出整流二极管反向恢复电流抑制电路

2.2.2 无损缓冲电路

在变换器电路中，主二极管反向恢复时，会对开关管造成很大的电流、电压应力，引起很大的功耗，极易造成器件的损坏。为了抑制这种反向恢复电流，减少损耗，而提出了一种无损缓冲电路[5]，如图7所示。

图7 无损缓冲电路

其主要工作原理是，主开关Q开通时的di/dt应力、关断时的dv/dt应力分别受L1、C1所限制，利用L1、C1、C2之间相互的谐振及能量转换，实现对主二极管D反向恢复电流的抑制，使开关损耗、EMI大大减少。不仅如此，由于开通时C1上的能量转移到C2，关断时C2和L1上的能量转移到负载，这种缓冲电路的损耗很低，效率很高。2.2.3 无源补偿技术

传统的共模干扰抑制电路如图8所示。为了使通过滤波电容Cy流入地的漏电流维持在安全范围，Cy的值都较小，相应的扼流线圈LCM就变大，特别是由于LCM要传输全部的功率，其损耗、体积和重量都会变大。应用无源补偿技术，则可以在不影响主电路工作的情况下，较好地抑制电路的共模干扰，并可减少LCM、节省成本。

图8 共模干扰滤波器 由于共模干扰是由开关器件的寄生电容在高频时的dv/dt产生的，因此，用一个额外的变压器绕组在补偿电容上产生一个180°的反向电压，产生的补偿电流再与寄生电容上的干扰电流迭加，从而消除干扰。这就是无源补偿的原理。

图9(a)为加入补偿电路的隔离式半桥电路。由于半桥、全桥电路常用于大功率场合，滤波电感LCM较大，所以补偿的效果会更明显。该电路在变压器上加了一个补偿线圈Nc，匝数与原边绕组一样；补偿电容CCOMP的大小则与寄生电容CPARA一样。这样一来，工作时的Nc使CCOMP产生一个与CPARA上干扰电流大小相同、方向相反的补偿电流，迭加后消除了干扰电流。补偿线圈不流过全部的功率，仅传输干扰电流，补偿电路十分简单。

同样，对于图9(b)中的正激式电路，利用其自身的磁复位线圈，可以更加方便地实现补偿。无源补偿技术还可以应用于非隔离式的变换器电路中，如图10所示，原理是一样的。

(b)带补偿电路的正激电路

(a)带补偿电路的隔离式半桥电路

图9 两种无源补偿电路

(a)Boost电路

(b)Buck电路

图10 带补偿电路的非隔离式Boost、Buck电路

需要注意的是，无源补偿技术有一定的应用条件，它受开关电流、电压的上升、下降时间，以及变压器结构等因素的影响，特别当变压器的线间耦合电容远大于寄生电容时，干扰电流不经补偿线圈而直接进入大地，此时抑制效果就不很理想。3 结语

产生噪声的来源很多，如外来干扰、机械振动、电路设计不当、元器件选择不当以及结构布局或布线不合理等。在开关变换器中，功率三极管和二极管在开－关过程中所产生的射频能量是干扰的主要来源之一。由于频率较高，或以电磁能的形式直接向空间辐射（辐射干扰），或以干扰电流的形式沿着输入、输出导线传送（传导干扰），其中后者的危害更为严重。

开关电源技术是一项综合性技术，可以利用先进的半导体电路设计技术、磁性材料、电感元件技术以及开关器件技术等来有效地减少和抑制EMI。目前，开关电源已日益广泛地应用到各种控制设备、通信设备以及家用电器中，其电磁干扰问题、及与其它电子设备的电磁兼容问题已日益成为人们关注的热点，未来电磁干扰及其相关问题必将得到更多的研究。