开关电源电磁兼容经验谈

第一篇：开关电源电磁兼容经验谈

开关电源电磁兼容经验谈

随着电力电子技术的发展，开关电源模块因其相对体积小、效率高、工作可靠等优点开始取代传统整流电源而被广泛应用到社会的各个领域。但由于开关电源工作频率高，内部产生很快的电流、电压变化，即dv/dt和di/dt，导致开关电源模块将产生较强的谐波干扰和尖峰干扰，并通过传导、辐射和串扰等耦合途径影响自身电路及其它电子系统的正常工作，当然其本身也会受到其它电子设备电磁干扰的影响。这就是所讨论的电磁兼容性问题，也是关于开关电源电磁兼容的电磁骚扰EMD与电磁敏感度EMS设计问题。由于国家开始对部分电子产品强制实行3C认证，因此一个电子设备能否满足电磁兼容标准，将关系到这一产品能否在市场上销售，所以进行开关电源的电磁兼容性研究显得非常重要。

电磁兼容学是一门综合性学科，它涉及的理论包括数学、电磁场理论、天线与电波传播、电路理论、信号分析、通讯理论、材料科学、生物医学等。

进行开关电源的电磁兼容性设计时，首先进行一个系统设计，明确以下几点： 1.明确系统要满足的电磁兼容标准；

2.确定系统内的关键电路部分，包括强干扰源电路、高度敏感电路； 3.明确电源设备工作环境中的电磁干扰源及敏感设备； 4.确定对电源设备所要采取的电磁兼容性措施。一：DC/DC变换器内部噪声干扰源分析 1．二极管的反向恢复引起噪声干扰

在开关电源中常使用工频整流二极管、高频整流二极管、续流二极管等，由于这些二极管都工作在开关状态，如图所示，在二极管由阻断状态到导通工作过程中，将产生一个很高的电压尖峰VFP；在二极管由导通状态到阻断工作过程中，存在一个反向恢复时间trr，在反向恢复过程中，由于二极管封装电感及引线电感的存在，将产生一个反向电压尖峰VRP，由于少子的存储与复合效应，会产生瞬变的反向恢复电流IRP，这种快速的电流、电压突变是电磁干扰产生的根源。

2．开关管开关动作时产生电磁干扰

在正激式、推挽式、桥式变换器中，流过开关管的电流波形在阻性负载时近似矩形波，含有丰富的高频成分，这些高频谐波会产生很强的电磁干扰，在反激变换器中，流过开关管的电流波形在阻性负载时近似三角波，高次谐波成分相对较少。开关管在开通时，由于开关时间很短

以及逆变回路中引线电感的存在，将产生很大的dV/dt突变和很高的尖峰电压，在开关管的关断时，由于关断时间很短，将产生很大的di/dt突变和很高的电流尖峰，这些电流、电压突变将产生很强的电磁干扰。

3．电感、变压器等磁性元件引起的电磁干扰：在开关电源中存在输入滤波电感、功率变压器、隔离变压器、输出滤波电感等磁性元件，隔离变压器初次级之间存在寄生电容，高频干扰信号通过寄生电容耦合到次边；功率变压器由于绕制工艺等原因，原次边耦合不理想而存在漏感，漏电感将产生电磁辐射干扰，另外功率变压器线圈绕组流过高频脉冲电流，在周围形成高频电磁场；电感线圈中流过脉动电流会产生电磁场辐射，而且在负载突切时，会形成电压尖峰，同时当它工作在饱和状态时，将会产生电流突变，这些都会引起电磁干扰； 4．控制电路中周期性的高频脉冲信号如振荡器产生的高频脉冲信号等将产生高频高次谐波，对周围电路产生电磁干扰。

5．此外电路中还会有地环路干扰、公共阻抗耦合干扰，以及控制电源噪声干扰等。6．开关电源中的布线设计非常重要，不合理布线将使电磁干扰通过线线之间的耦合电容和分布互感串扰或辐射到邻近导线上，从而影响其它电路的正常工作。

7．热辐射产生的电磁干扰，热辐射是以电磁波的形式进行热交换，这种电磁干扰影响其它电子元器件或电路的正常稳定工作。二，外界的电磁干扰

对于某一电子设备，外界对其产生影响的电磁干扰包括：电网中的谐波干扰、雷电、太阳噪声、静电放电，以及周围的高频发射设备引起的干扰。三，电磁干扰的后果

电磁干扰将造成传输信号畸变，影响设备的正常工作。对于雷电、静电放电等高能量的电磁干扰，严重时会损坏设备。而对于某些设备，电磁辐射会引起重要信息的泄漏。四，开关电源的电磁兼容设计

了解了开关电源内部及外部电磁干扰源后，我们还应知道，形成电磁干扰机理的三要素是还有传播途径和受扰设备。因此开关电源的电磁兼容设计主要从以下三个方面入手：1，减小干扰源的电磁干扰能量；2，切断干扰传播途径；3，提高受扰设备的抗干扰能力。正确了解和把握开关电源的电磁干扰源及其产生机理和干扰传播途径，对于采取何种抗干扰措施以使设备满足电磁兼容要求非常重要。由于干扰源有开关电源内部产生的干扰源和外部的干扰源，而且可以说干扰源无法消除，受扰设备也总是存在，因此可以说电磁兼容问题总是存在。

下面以隔离式DC/DC变换器为例，讨论开关电源的电磁兼容性设计： 1.DC/DC变换器输入滤波电路的设计

如图所示，FV1为瞬态电压抑制二极管，RV1为压敏电阻，都具有很强的瞬变浪涌电流的吸收能力，能很好的保护后级元件或电路免遭浪涌电压的破坏。Z1为直流EMI滤波器，必须良好接地，接地线要短，最好直接安装在金属外壳上，还要保证其输入、输出线之间的屏蔽隔离，才能有效的切断传导干扰沿输入线的传播和辐射干扰沿空间的传播。L1、C1组成低通滤波电路，当L1电感值较大时，还需增加如图所示的V1和R1元件，形成续流回路吸收L1断开时释放的电场能，否则L1产生的电压尖峰就会形成电磁干扰，电感L1所使用的磁芯最好为闭合磁芯，带气隙的开环磁芯的漏磁场会形成电磁干扰，C1的容量较大为好，这样可以减小输入线上的纹波电压，从而减小输入导线周围形成的电磁场。2.高频逆变电路的电磁兼容设计

如图所示，C2、C3、V2、V3组成的半桥逆变电路，V2、V3为IGBT、MOSFET等开关元件，在V2、V3开通和关断时，由于开关时间很快以及引线电感、变压器漏感的存在，回路会产生较高的di/dt、dv/dt突变，从而形成电磁干扰，为此在变压器原边两端增加R4、C4构成的吸收回路，或在V2、V3两端分别并联电容器C5、C6，并缩短引线，减小ab、cd、gh、ef的引线电感。在设计中，C4、C5、C6一般采用低感电容，电容器容量的大小取决于引线电感量、回路中电流值以及允许的过冲电压值的大小，LI2/2=C△V2/2公式求得C的大小，其中L为回路电感，I为回路电流，△V为过冲电压值。

为减小△V，就必须减小回路引线电感值，为此在设计时常使用一种叫“多层低感复合母排”的装置，由我所申请专利的该种母排装置能将回路电感降低到足够小，达10nH级，从而达到减小高频逆变回路电磁干扰的目的。

从电磁兼容性设计角度考虑，应尽量降低开关管V2、V3的开关频率,从而降低di/dt、dv/dt值。另外使用ZCS或ZVS软开关变换技术能有效降低高频逆变回路的电磁干扰。在大电流或高电压下的快速开关动作是产生电磁噪声的根本，因此尽可能选用产生电磁噪声小的电路拓扑，如在同等条件下双管正激拓扑比单管正激拓扑产生电磁噪声要小，全桥电路比半桥电路产生电磁噪声要小。

如图所示增加吸收电路后开关管上的电流、电压波形与没有吸收回路时的波形比较。

3.高频变压器的电磁兼容设计

在高频变压器T1的设计时，尽量选用电磁屏蔽性较好的磁芯材料。

如图所示，C7、C8为匝间耦合电路，C11为绕组间耦合电容，在变压器绕制时，尽量减小分布电容C11，以减小变压器原边的高频干扰耦合到次边绕组。另外为进一步减小电磁干扰，可在原、次边绕组间增加一个屏蔽层，屏蔽层良好接地，这样变压器原、次边绕组对屏蔽层间就形成耦合电容C9、C10，高频干扰电流就通过C9、C10流到大地。

由于变压器是一个发热元件，较差的散热条件必然导致变压器温度升高，从而形成热辐射，热辐射是以电磁波形式对外传播，因此变压器必须有很好的散热条件。

通常将高频变压器封装在一个铝壳盒内，铝盒还可安装在铝散热器上，并灌注电子硅胶，这样变压器即可形成较好的电磁屏蔽，还可保证有较好的散热效果，减小电磁辐射。

4.输出整流电路电磁兼容设计

如图所示为输出半波整流电路，V6为整流二极管，V7为续流二极管，由于V6、V7工作于高频开关状态，因此输出整流电路的电磁干扰源主要是V6和V7，R5、C12和R6、C13分别连接成V6、V7的吸收电路，用于吸收其开关动作时产生的电压尖峰，并以热的形式在R5、R6上消耗。

减少整流二极管的数量就可减小电磁干扰的能量，因此同等条件下，采用半波整流电路比采用全波整流和全桥整流产生的电磁干扰要小。

为减小二极管的电磁干扰，必须选用具有软恢复特性的、反向恢复电流小、反向恢复时间短的二极管器件。从理论上讲，肖特基势垒二极管（SBD）是多数载流子导流，不存在少子的存储与复合效应，因而也就不会有反向电压尖峰干扰，但实际上对于较高反向工作电压的肖特基二极管，随着电子势垒厚度的增加，反向恢复电流会增大，也会产生电磁噪声。因此在输出电压较低的情况下选用肖特基二极管作直流二极管产生的电磁干扰会比选用其它二极管器件要小。

5.输出直流滤波电路的电磁兼容设计

输出直流滤波电路主要用于切断电磁传导干扰沿导线向输出负载端传播，减小电磁干扰在导线周围的电磁辐射。

如图所示，L2、C17、C18组成的LC滤波电路，能减小输出电流、电压纹波的大小，从而减小通过辐射传播的电磁干扰，滤波电容C17、C18尽量采用多个电容并联，减小等效串联电阻，从而减小纹波电压，输出电感L2值尽量大，减小输出纹波电流的大小，另外电感L2最好使用不开气隙的闭环磁芯，最好不是饱和电感。在设计时，我们要记住，导线上有电流、电压的变化，在导线周围就有变化的电磁场，电磁场就会沿空间传播形成电磁辐射。C19用于滤除导线上的共模干扰，尽量选用低感电容，且接线要短，C20、C21、C22、C23用于滤除输出线上的差模干扰，宜选用低感的三端电容，且接地线要短，接地可靠。Z3为直流EMI滤波器，根据情况使用或不使用，是采用单级还是多级滤波器，但要求Z3直接安装在金属机箱上，最好滤波器输入、输出线能屏蔽隔离。

6.接触器、继电器等其它开关器件电磁兼容设计

继电器、接触器、风机等在掉电后，其线圈将产生较大的电压尖峰，从而产生电磁干扰，为此在直流线圈两端反并联一个二极管或RC吸收电路，在交流线圈两端并联一个压敏电阻用于吸收线圈掉电后产生的电压尖峰。同时要注意如果接触器线圈电源与辅助电源的输入电源为同一个电源，之间最好通过一个EMI滤波器。继电器触头动作时也将产生电磁干扰，因此要在触头两端增加RC吸收回路。7.开关电源箱体结构的电磁兼容设计

材料选择：没有“磁绝缘”材料，电磁屏蔽是利用“磁短路”的原理，来切断电磁干扰在设备内部与外界空气中的传播路径。在进行开关电源的箱体结构设计时，要充分考虑对电磁干扰的屏蔽效能，对于屏蔽材料的选择原则是，当干扰电磁场的频率较高时，选用高电导率的金属材料，屏蔽效果较好；当干扰电磁波的频率较低时，要采用高导磁率的金属材料，屏蔽效果较好；在某些场合下，如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时，往往采用高电导率和高导磁率的金属材料组成多层屏蔽体。

孔洞、缝隙、搭接处理方法：采用电磁屏蔽方法无需重新设计电路，便可达到很好的电磁兼容效果。理想的电磁屏蔽体是一个无缝隙、无孔洞、无透入的导电连续体，低阻抗的金属密封体，但是一个完全密封的屏蔽体是没有实用价值的，因为在开关电源设备中，有输入、输出线过孔、散热通风孔等孔洞，以及箱体结构部件之间的搭接缝隙，如果不采取措施将会产生电磁泄漏，使箱体的屏蔽效能降低、甚至完全丧失。因此在开关电源箱体设计时，金属板之间的搭接最好采用焊接，无法焊接时要使用电磁密封垫或其它的屏蔽材料，箱体上的开孔要小于要屏蔽的电磁波的波长的1/2，否则屏蔽效果将大大降低；对于通风孔，在屏蔽要求不高时可以使用穿孔金属板或金属化丝网，在要求既要屏蔽效能高，又要通风效果好时选用截至波导管等方法，提高屏蔽体的屏蔽效能。如果箱体的屏蔽效能仍无法满足要求时，可以在箱体上喷涂屏蔽漆。除了对开关电源整个箱体的屏蔽之外，还可以对电源设备内部的元件、部件等干扰源或敏感设备进行局部屏蔽。

在进行箱体结构设计时，针对设备上所有会受到静电放电试验的部分，设计出一条低阻抗的电流泄放路径，箱体必须有可靠的接地措施，并且要保证接地线的载流能力，同时将敏感电路或元件远离这些泄放回路，或对其采用电场屏蔽措施。对于结构件的表面处理，一般主要电镀银、锌、镍、铬、锡，这需要从导电性能、电化学反应、成本及电磁兼容性等多方面考虑后做出选择。

8.元器件布局与布线中的电磁兼容设计：

对于开关电源设备内部元器件的布局必须整体考虑电磁兼容性的要求，设备内部的干扰源会通过辐射和串扰等途径影响其它元件或部件的工作，研究表明，在离干扰源一定距离时，干扰源的能量将大大衰减，因此合理的布局有利于减小电磁干扰的影响。

EMI输入输出滤波器最好安装在金属机箱的入口处，并保证其输入线与输出线电磁环境的屏蔽隔离。

敏感电路或元件要远离发热源。

对于开关电源产品，我们一般须遵守以下布线原则： 8.1 主电路输入线与输出线分开走线。8.2 EMI滤波器输入线与输出线分开走线。8.3 主电路线与控制信号线分开走线。8.4 高压脉冲信号线最好分开单独走线。

8.5 分开布线的原则是避免平行走线，可以垂直交叉，线束之间距离在20mm以上。8.6 电缆不要贴着金属外壳和散热器走线，保证一定距离。8.7 双绞线、同轴电缆及带状电缆在EMC设计中的使用

双绞线、同轴电缆都能有效的抑制电磁干扰。在脉冲信号传输线路中常使用双绞线，控制辅助电源线和传感器信号线最好用双绞屏蔽线。因为双绞线两根线之间有很小的回路面积，而且双绞线的每两个相邻的回路上感应出的电流具有大小相等、方向相反，产生的磁场相互抵消，这样就可以减小因辐射引起的差模干扰，不过双绞线绞合的圈数最好为偶数，且每单位波长所绞合的圈数愈多，消除耦合的效果愈好。使用时注意双绞线和同轴电缆两端不能同时接地，只能单端接地，而对屏蔽线，屏蔽层两端接地能既能屏蔽电场还能屏蔽磁场，单端接地只能屏蔽电场。使用同轴电缆时还要注意，其屏蔽层必须完全包覆信号线接地，即接头与电缆屏蔽层必须3600搭接，才能有效屏蔽电磁场，如图4所示，信号线裸露部分仍可以与外界形成互容耦合，降低屏蔽效能。

带状电缆适合于短距离的信号传输，我们知道为了降低差模信号的电磁辐射，必须减小信号线和信号回流线所形成的回路面积，因此在设计带状电缆布局时，最好将信号线与接地线间隔排列。如图3所示，其中S为信号线，G为信号地线。

9．元器件的选择

热传播的方式有传导、对流和辐射，热辐射是以电磁波的形式向空中传播的，热传导也会向周围其它元件传导热量，这些都会影响其它元器件或电路的正常工作，因此从元器件热设计方面考虑要尽量留有较大余量，以降低元器件的温升及器件表面的温度，除元器件对温升有特殊要求外，一般开关电源要求内部元件温度小于90℃，内部环境温度不超过65℃，以减小热辐射干扰。

对数字集成电路，从电磁兼容性角度看应多选用高噪声容限的CMOS器件代替低噪声容限的TTL器件。

尽量使用低速、窄带元件和电路。

选用分布电感较小的SMP元件，选用高频特性好、等效串联电感低的陶瓷介质电容器、高频无感电容器、三端电容器和穿心电容器等作滤波电容。10.控制电路及PCB的电磁兼容设计

信号地是指信号电流流回信号源的一条低阻抗路径。在设计中往往由于接地方法不恰当而产生地环路干扰和公共阻抗耦合干扰。因此要合理选用接地方式，接地的方式有单点接地、多点接地和混合接地。

地环路干扰：常发生在通过较长电缆连接，地相距较远的设备之间。原因是由于地环路电流的存在，使两个设备的地电位不同。通常用光电耦合器或隔离变压器进行“地”隔离，消除地环路干扰。由于隔离变压器绕组之间寄生电容较大，即使采取屏蔽措施的隔离变压器通常也只用于1MHZ以下的信号隔离，超过1MHZ时多采用光电耦合器隔离。

公共阻抗耦合：当两个电路的地电流流过一个公共阻抗时，就会发生公共阻抗耦合。由于地线是信号回流线，一个电路的工作状态必然会影响地线电压，当两个电路共用一段地线时，地线的电压就会同时受到两个电路工作状态的影响。

可见无论是地环路干扰还是公共阻抗耦合问题都是由于地线阻抗引起的，因此在设计时一定要考虑尽量降低地线阻抗与感抗。

如何减小控制电源噪声：电源线上有电流突变，就会产生噪声电压。在靠近芯片的位置增加解耦电容，能有效减小噪声。如果是高频电流负载，则采用多个同容量的高频电容和无感电容并联能获得更好的效果。注意电容容量并非越大越好，主要根据其谐振频率、提供脉冲电流频率来选择。

印制板合理的布置地线将能有效的减小印制板的辐射以及提高其抗辐射干扰能力，请注意  布置地线网络：在双面板的两面布置最多的平行地线。

 对于一些关键信号（如脉冲信号和对外界较敏感的电平信号）的地线的布置必须尽量缩小引线长度，减小信号的回流面积。如果是双面板，地线和信号线可以在印制板两面并联平行走线。

 若是多层线路板，且既有数字地又有模拟地，则数字地和模拟地必须布置在同一层，减小它们之间的耦合干扰。

 在实际电路中常发生公共阻抗耦合，因此要根据实际情况选择正确的接地方式。11.其它方法

11.1.IGBT,MOSFET等开关元件的驱动脉冲信号增加一个-5V～-10V的负电平，提高驱动信号的抗干扰能力。或驱动信号采用光纤传输技术，光纤适宜于远距离传输，具有抗干扰能力强的特点。

11.2.通过软件的编程技术，提高开关电源的抗干扰能力，为了防止电平信号中的毛刺，引起软件的误判断及误动作，可以通过多次采样等数字滤波方法来滤除干扰信号。

第二篇：电磁兼容心得体会

电磁兼容大作业三

电磁兼容课学习心得

在本学期的学习中，我对电磁兼容在理论方面的理解程度大大加深，电磁兼容设计实际上就是针对电子产品中产生的电磁干扰进行优化设计，使之能成为符合各国或地区电磁兼容性标准的产品。EMC的定义是：在同一电磁环境中，设备能够不因为其它设备的干扰影响正常工作，同时也不对其它设备产生影响工作的干扰。

1，主要学习内容

1、电磁干扰的危害主要体现在两个方面：一是电气、电子设备之间的相互影响；二是电磁污染对人体的影响。

2、电磁兼容研究的目的是为了消除或降低自然的和人为的电磁干扰，减少其危害，提高设备或系统的抗电磁干扰能力，保证设备或系统的电磁兼容性。

3、电磁兼容学科的主要研究内容：

1、电磁干扰特性及其传播原理

研究电磁干扰特性及其传播耦合理论是电磁兼容学最基本的的任务之一。

2、电磁危害及电磁频谱管理

有效地管理、合理地利用电磁频谱是电磁兼容的一项必要内容。

3、电磁干扰的工程分析方法及控制技术

电磁兼容控制技术始终是电磁兼容学科中最活跃的课题。

4、电磁兼容的设计方法 费效比的综合考虑是电磁兼容性设计中的一项重要内容。

5、电磁兼容性测量和试验技术

电磁兼容性测量和试验是一项非常重要的工作，它是产品电磁兼容性的最终考核手段并且应当贯穿于产品开发、试制的整个过程。

6、电磁兼容标准和工程管理

电磁兼容性标准时电磁兼容件设计和试验的依据。

7、电磁兼容分析和预测

电磁兼容分析和预测是合理的电磁兼容性设计的的基础。

8、电磁脉冲及其防护

电磁脉冲的干扰及其防护已成为近年来电磁兼容学科的一个重要研究内容。

4、电磁兼容设计方法：

1、问题解决法

问题解决法是先研制设备，然后针对调试中出现的电磁干扰问题，采用各种电磁干扰抑制技术加以解决。

2、规范法

规范法是按颁布的电磁兼容性标准和规范进行设备或系统的设计制造。

3、系统法

系统法是利用计算机软件对某一特定系统的设计方案进行电磁兼容性分析和预测。

3，对典型问题的体会

1、对振铃电压的抑制 由于变压器的初级有漏感，当电源开关管V1由饱和导通到截止关断时会产生反电动势，反电动势又会对变压器初级线圈的分布电容进行充放电，从而产生阻尼振荡，即产生振铃，如图4所示。变压器初级漏感产生反电动势的电压幅度一般都很高，其能量也很大，如不采取保护措施，反电动势一般都会把电源开关管击穿，同时反电动势产生的阻尼振荡还会产生很强的电磁辐射，不但对机器本身造成严重干扰，对机器周边环境也会产生严重的电磁干扰。

2、对辐射干扰信号的抑制

电磁辐射干扰也是通过电磁感应的方式，由带电体或电流回路及磁感应回路对外产生电磁辐射的。任何一根导体都可以看成是一根电磁感应天线，任何一个电流回路都可以看成是一个环形天线，电感线圈和变压器漏感也是电磁感应辐射的重要器件。要想完全抑制电磁辐射是不可能的，但通过对电路进行合理设计，或者采取部分屏蔽措施，可以大大减轻电磁干扰的辐射。

例如，尽量缩短电路引线的长度和减小电流回路的面积，是减小电磁辐射的有效方法；正确使用储能滤波电容，把储能滤波电容尽量近地安装在有源器件电源引线的两端，每个有源器件独立供电，或单独用一个储能滤波电容供电(充满电的电容可以看成是一个独立电源)，防止各电路中的有源器件(放大器)通过电源线和地线产生串扰；把电源引线的地和信号源的地严格分开，或对信号引线采取双线并行对中交叉的方法，让干扰信号互相抵消，也是一种减小电磁辐射的有效方法；利用散热片也可以对电磁干扰进行局部屏蔽，对信号引线还可以采取双地线并行屏蔽的方法，让信号线夹在两条平行地线的中间，这相当于双回路，干扰信号也会互相抵消，屏蔽效果非常显著；机器或敏感器件采用金属外壳是最好的屏蔽电磁干扰方法，但非金属外壳也可以喷涂导电材料(如石墨)进行电磁干扰屏蔽。

第三篇：电磁兼容整改

1、整改阶段，此阶段是产品EMC设计的初步阶段,及在产品第一论开始设计时，并没有考虑EMC方面的问题，等到产品功能调试完成，样子出来后进行EMC测试时，才发现EMC问题的存在，于是通过采用各种临时措施使产品通过EMC测试。用这种方法即使使产品最终达到标准规定的EMC要求，常常也会因要进行较大的改动，导致较高的成本。如果是因为屏蔽问题往往会涉及结构模具改动，如果因为接口滤波问题就会对产品原理图进行改动，同时导致PCB的重新设计，还有可能会因为系统接地问题，那就会对整个产品系统重新做调整，重新设计。深圳有一家著名的仪器企业某款产品由于电磁兼容问题整改导致产品延迟海外上市一年，同时研发费用增加五十万元人民币！这种通过研发后期测试发现问题然后再对产品进行的测试修补的方法，往往会导致企业产品不能及时取得认证而上市。它是目前很多走向国际市场公司研发部门所面临的困惑。整改的概念与企业产品开发流程也不符合。

2、技术设计阶段。这个阶段，企业一般已经有了一定EMC的技术，并有时还会有专职的EMC工程师负责EMC工作，与其它开发人员一起在产品功能设计的同时，考虑EMC问题，如产品设计时会考虑滤波，屏蔽，接地等。企业的产品工程师还会通过短期的培训以掌握EMC设计的基本方法，甚至有些企业会将EMC设计与产品开发的流程结合在一起。能从设计流程的早期阶段就导入一定的EMC设计策略,从产品设计源头考虑EMC问题，这于整改阶段使用后期整改的方法来解决产品所有的EMC问题已经有了很大的进步，不但减少许多不必要的人力及研发成本，缩短产品上市周期。但是，处于这个阶段的EMC设计方法，也有很多局限性，具体表现在：

a.参与EMC设计人员掌握了一些EMC设计原理和理论知识，如，他们懂得如何设计滤波器、如何设计屏蔽，如何进行PCB布线布线，如何防止串扰等等，但是他们往往缺乏结合产品系统的特点，从产品系统结构构架上来考虑EMC问题。

b.设计过程中没有引入风险的意思，也没有风险评估手段，因此不能预测后期会产生后果，并有量的把握。

c.设计太理论化，而且各个部分的设计相对分散。如，各个EMC性能非常好的模块组合在一起不一定是一个EMC性能很好的系统。

d.没有方法论的指导，因此，对于一些可以从多方面可以解释的设计，很容易引起争论。其实，这阶段还是属于技术应用的混浊状态，纵然设计人员已经掌握了“技术”，但是还不能将其转化为简单可行的“方法”，因此也很难实现一些仿真。目前大多数企业（而且是国内EMC技术比较领先或投入比较多的企业）都处在这个状态中。

3、方法论阶段，将1，2阶段的整改和设计技术上升为一种方法论，通过此方法论可以很好的，系统的指导产品的设计。可以运用这个方法论输出详细、系统的分析报告，分析有利有节。不但有充分的理论依据还紧密与产品的特点结合在一起。如果说上一阶段的EMC设计是从技术本身出发的，那么这个阶段强调产品的本身，并实现技术与产品紧密结合。本书

所述的“产品EMC设计风险评估法”EMC设计技术发展到这个阶段的产物，它看上去似乎脱离的EMC技术本身，实质上与EMC技术是密不可分的，方法论也是建立在各种“零散”技术的基础上的。

4、仿真阶段。设计人员要很好的运用仿真软件，建立一种符合产品实际情况的模型为产品设计服务，就要用方法论。方法论是仿真的基础和前提条件。它是产品EMC设计技术发展的最高阶段，仿真软件实现了方法论的电脑辅助自动化设计，大大减轻人工的投入，这是EMC设计技术的最高境界。

前言

电磁干扰的观念与防制﹐在国内已逐渐受到重视。虽然目前国内并无严格管制电子产品的电磁干扰（EMI）﹐但由于欧美各国多已实施电磁干扰的要求﹐加上数字产品的普遍使用﹐对电磁干扰的要求已是刻不容缓的事情。笔者由于啊作的关系﹐经常遇到许多产品已完成成品设计﹐因无法通过EMI测试﹐而使设计工程师花费许多时间和精力投入EMI的修改﹐由于属于事后的补救﹐往往投入许多时间与金钱﹐甚而影响了产品上市的时机

2.正确的诊断

要解决产品上的EMI问题﹐若能在产品设计之初便加以考虑﹐则可以节省事后再投入许多时间与金钱。由于目前EMI Design-in的观念并不是十分普遍﹐而且由于事先的规划并不能保证其成品可以完全符合电磁干扰的测试在﹐所以如何正确的诊断EMI问题﹐对于设计工程师及EMI工程师是非常重要的。

事实上﹐我们如果把EMI当做一种疾病﹐当然平时的预防保养是很重要的﹐而一旦有疾病则正确的诊断﹐才能得到快速的痊愈﹐没有正确的诊断﹐找不到病症的源头﹐往往事倍功半而拖延费时。故在EMI的问题上﹐常常看到一个EMI有问题的产品﹐由于未能找到造成EMI问题的关键﹐花了许多时间﹐下了许多对策﹐却始终无法解决﹐其中亦不乏专业的EMI工程师。以往谈到EMI往往强调对策方法﹐甚而视许多对策秘决或绝招﹐然而没有正确的诊断﹐而在产品上加了一大堆EMI抑制组件﹐其结果往往只会使EMI情况更糟。笔者起初接触产品EMI对策修改时﹐会听到资深EMI工程师说把所有EMI对策拿掉﹐就可以通过测试。初听以为是句玩笑话﹐如今回想这是很宝贵的经验谈。而后亦听到许多EMI工程师谈到类似的经验。本文中将举出实际的例子﹐让读者更加了解EMI的对策观念。一般提到如何解决EMI问题﹐大多说是case by case,当然从对策上而言﹐每一个产品的特性及电路板布线（layout)情况不同﹐故无法用几套方法而解决所有EMI的问题﹐但是长久以来﹐我们一直想要把处理EMI问题并做适当的对策﹐另外也提供专业的EMI工程师一种参考方法。在此我们把电磁干扰与对策的一些心得经验整理﹐希望能对读者有些帮助。

3.EMI初步诊断步骤

我们提出一套EMI诊断上的参考骤﹐希望用有系统的方式﹐快速的找出EMI的问题。我们

并不准备探讨一些理论计算或公式推演﹐将从实务上说明。

当一个产品无法通过EMI测试﹐首先就要有一个观念﹐找出无法通过的问题点﹐此时千万不能有主观的念头﹐要在那些地方下对策。常常有许多有经验的EMI工程师﹐由于修改过许多相关产品﹐对于产品可能造成EMI问题的地方也非常了解﹐而习惯直接就下药方﹐当然一般皆可能非常有效﹐但是偶而也会遇到很难修改下来﹐最后发现问题的关键都是起行认为不可能的地方﹐之所以会种疏失﹐就是由于太主观了。因此﹐不论产品特性熟不熟﹐我们都要逐一再确认一次﹐甚而多次确认。这是因为造成EMI的问题往往是错综复杂﹐并非单一点所造成。故反复的做确认及诊断是非常重要的。

我们将初步的诊断步骤详列于下﹐并加以说明其关键点﹐这些步骤看来似乎非常平凡简单﹐不像介绍对策方法各种理论秘籍绝招层出不穷﹐变化奥妙。其实﹐许多资深EMI工程师在其对策处理时﹐大部份的时间都在重复这些步骤与判断。笔者要再次强调﹐只有真正找到造成EMI问题的关键﹐才是解决EMI的最佳途径﹐若仅凭理论推测或经验判断﹐有时反而会花费更多的时间和精力。

■步骤一

将桌子转到待测（EUT）最大发射的位置﹐初步诊断可能的原因﹐并关掉EUT电源加以确认。

（说明）

由于EMI测试上﹐EUT必须转360度而天线由1m到4m变化﹐其目的是要记录辐射最大的情况。同样地﹐当我们发现无法通过测试时﹐首先我们先将天线位置移到噪声接收最大高度﹐然后将桌子转到最差角度﹐此时我们知道在EUT面对天线的这一面辐射最强﹐故可以初步推测可能的原因﹐如此处屏蔽不佳或靠近辐射源或有电线电缆经过等。

另外须注意的是要关掉EUT的电源﹐看噪声是否存在﹐以确定噪声确实是由EUT所产生。曾见测试Monitor一直无法解决某一点的干扰﹐结果其噪声是由PC所造成而非Monitor的问题﹐亦有在OPEN SITE测试Monitor发现某几点无法通过﹐由测试接收仪器的声音判断应是Monitor产生﹐结果关掉电源发现噪声依然存在﹐所以关掉EUT电源的步骤是必须的﹐而且通常容易被忽略。

■步骤二

将连接EUT的周边电缆逐一取下﹐看干扰的噪声是否降低或消失。

（说明）

若取下某一电缆而干扰的频率减小或甚而消失﹐则可知此电缆已成为天线将机板内的噪声辐射出来。事实上﹐仔细分析造成EMI的关键﹐我们可以用一个很简单的模式来表示。任何EMI的Source必须要有天线的存在﹐才能产生辐射的情形﹐若仅单独存在噪声源而没有天线的条件﹐此辐射量是很小的﹐若将其连接到天线则由于天线效应便把能量辐射到空间。所以EMI的对策除了针对噪声源（Source)做处理外﹐最重要的查破坏产生辐射的条

件----天线。以往我们最常看到谈EMI对策离不开屏蔽（Shielding),滤波（Filter),接地（Grounding)﹐对于接地往往一块电路板多已固定﹐而无法再做处理﹐因为这一部份在电路板布线（Layout)时就须仔细考虑﹐若板子已完成则此时可变动的空间就非常小﹐一般方式仅能找出噪声小的接地处用较粗的地线连接﹐减低共模（Common mode)噪声。屏蔽所牵涉的材质与花费亦甚高﹐滤波的方式则是常可见Bead电感等﹐往往用了一大堆亦不甚见效﹐何以如此﹐许多时候是我们没有解决其辐射的天线效应。一般而言﹐噪声的能量并不会因加一些对策组件便消失﹐也就是能量不减﹐ 我们所要做的工作是如何避免噪声辐射到空间（辐射测试）或由电源传出（传导测试）。

在此我们整理了产生辐射常见的几种情形供读者参考。

（1）机器外部连接之电缆成为辐射天线

由于机器本身外部所连接的电缆成为天线效应﹐将噪声辐射到空间﹐此时噪声的大小和电缆的长度有关﹐因电缆的天线效应相对于噪声半波长时共振情形会最大﹐也往往是造成EMI无法通过测试。在解决这个问题前必须要做一些判断﹐否则很容易疏忽而浪费时间。（a）噪声是由机器内部电路板或接地所产生

此情形为将电缆取下﹐或加一Core则噪声减低或消失。此时必须做的一个步骤是将线靠近机器（不须直接连接）看噪声是否会存在﹐若噪声并没有升高﹐则可确实判定由机器内部产生﹐若将电缆靠近而干扰噪声马上升高﹐由此时请参考（b）的说明。

（b）噪声是由机器内部耦合到电缆线上﹐而使电缆成为辐射天线。

这一点是许多测试工程师容易忽略的。此情形如（a）中所提到的﹐只要将一条电缆靠近﹐则可从频谱上看到噪声立刻升高﹐此表示噪声已不单纯是由线上所辐射出﹐而是机器本身的噪声能量相当大﹐一旦有天线靠近则立刻会耦合至天线而辐射出来。在实际测试中﹐我们发现许多通讯产品有这类情形发生﹐此时若单纯用Core或Bead去处理﹐并不能真正的解决问题。

（2）机器内部的引线﹐连接线成为辐射天线

由于许多产品内部常有一些电线彼此连接工作厅﹐当这些线靠近噪声源很容易成为天线﹐将噪声辐射出去。针对此点的判断﹐在200MHz以下之噪声﹐我们可以在线上加一Core来判断噪声是否减低﹐而对于200MHz以上之高频噪声﹐我们可以将线的位置做前后左右的移动﹐看噪声是否会增大或减小。

（3）电路板上的布线成为辐射天线

由于走线太长或靠近噪声源而本身被耦合成为发射天线﹐此种情形当外部电缆都取下﹐而仅剩电路板时﹐在频谱仪上可看见噪声依然存在﹐此时可用探棒测量电路板噪声最强的地方﹐找到辐射的问题加以解决。关于探测的工具及方法﹐将于后详细说明。

（4）电路 板上的组件成为辐射来源

由于所使用的IC或CPU本身在运作时产生很大的辐射﹐使得EMI测试无法通过﹐卵石种

情往往在经过（1）﹑（2）﹑（3）的分析后噪声依然存在﹐通常解决的方法不外换一个类似的组件﹐看EMI特性是否会好一些。另外就是电路板重新布线时﹐将其摆放于影响最小的位置﹐也就是附近没有I/O Port及连接线等经过﹐当然若情况允许﹐将整个组件用金属外壳包覆（Shielding)也是一种快速有效的方法。

由以上的分析介绍我们可以了解﹐造成电磁干扰辐射最关键的地方就是电线的问题﹐当有了适当的天线条件存在很容易就产生干扰﹐另外电源线往往亦是造成天线效应的主因 ﹐这是在许EMI对策中最容易疏忽的。

■ 步骤三

电源线无法移去﹐可在其上夹Core或水平垂直摆动﹐看噪声是否有减小或变化。若产品有电池设备则可取下电源线判断﹐如Notebook PC等。

（说明）

如前所述电源线往往是会成为辐射天线﹐尤其是Desktop PC类产品﹐往往300MHz以上的噪声会由空间耦合到电源线上﹐所以判断产品的电源线是否受到感染是必须的步骤。由于噪声频带的影响﹐对200MHz以下可用加Core的方式（可一次多加数个）判断﹐对于200MHz以上的噪声﹐由于此时Core的作用不大﹐可将电源线水平摆放和垂直摆放﹐看干扰噪声是否有差别﹐若水平和垂直有很明显的差别﹐则可一边摆动电源线一边看频谱仪（Spectrum)上噪声之大小有否变化﹐如此便可知道电源线有否干扰。

至于若发现电源线会产生辐射时如何解决﹐一般皆不好处理﹐通常先想办法使机器内的噪声减小﹐以避免电源线的二次辐射﹐而使用Shielded线一般对辐射的影响并不大﹐故换一条不同长度的电源线﹐有时也会有很好的效果。

由这一点我们可知道﹐除了要使可册产生辐射噪声的组件远离I/O Port外﹐其也须尽量远离电源线及Switching power supply的板子﹐以免耦合到电源线上使得辐射及传导皆无法通过测试。

■步骤四

检查电缆接头端的接地螺丝是否旋紧及外端接地是否良好。

（说明）

依前三项方式大略找了一下问题后﹐我们必须再做一些检查﹐因为透过这些检查﹐也许不须做任何修改﹐便可通过EMI测试。例如检查电缆端的螺丝是否锁紧﹐有时将松掉的螺丝上紧﹐可加强电缆线的屏蔽效果。另外可检查看看机器外接的Connector的接地是否良好﹐若外壳为金属而有喷漆﹐则可考虑将Connector处的喷漆刮掉﹐使其接地效果较佳。另外若使用Shielded的电缆线﹐必须检查接头端处外覆的金属纲是否和其铁盖密合﹐许多不佳的屏蔽线（RS232）多因线接头的外覆屏蔽金属纲未册和连接端的地密合﹐以致无法充份达到屏蔽的效果。

各种接头如Keyboard及Power supply常常由于接头的插头与机器上的插座间的密合度不好

﹐影响了干扰噪声的辐射。检查的方式可将接头拔掉看噪声是否减小﹐减小表示两种册可﹐一为线上本身辐射干扰﹐另一为接头间接触不好﹐此时插上接头﹐用手销微将接头端左右摇动﹐看噪声是否会减小或消失﹐若会减小可将Keyboard或Power supply的连接头﹐用铜箔胶带贴一圈﹐以增加其和机器接头的密合度﹐这一点也是实测上很容易被疏忽﹐而会误判机器的EMI为何每次测时好时坏﹐或花许多时间在其它的对策上面.

第四篇：电磁兼容论文

本学期，我选修了电磁兼容这门课程。通过电磁兼容课程的学习，老师教会了我许多，一方面是有关电磁兼容方面的知识，另一方面是有关生活和人生方面的体会和感悟。由于与电机系统的电磁兼容有关的问题大都涉及一些高年级的知识，作为大二的我还没有学习，所以对于电机系统的电磁兼容问题没有过于深刻的理解和探究。我想通过以下几个方面来阐述我所理解的电磁兼容问题。

一．电磁兼容的概念

在国际电工委员会标准IEC对电磁兼容的定义为：系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作，同时不会对其他系统和设备造成干扰。

EMC包括EMI（电磁干扰）及EMS（电磁耐受性）两部分，所谓EMI电磁干扰，乃为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声；而EMS乃指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。

电磁兼容（electromagnetic compatibility）各种电气或电子设备在电磁环境复杂的共同空间中，以规定的安全系数满足设计要求的正常工作能力。也称电磁兼容性。它的含义包括：①电子系统或设备之间在电磁环境中的相互兼顾；②电子系统或设备在自然界电磁环境中能按照设计要求正常工作。若再扩展到电磁场对生态环境的影响，则又可把电磁兼容学科内容称作环境电磁学。

电磁兼容的研究是随着电子技术逐步向高频、高速、高精度、高可靠性、高灵敏度、高密度（小型化、大规模集成化），大功率、小信号运用、复杂化等方面的需要而逐步发展的。特别是在人造地球卫星、导弹、计算机、通信设备和潜艇中大量采用现代电子技术后，使电磁兼容问题更加突出。

二．系统电磁兼容技术发展现状

电磁兼容技术是在研究电磁干扰机理和电磁干扰防护技术的过程中发展起来的。电磁干扰是人们早就发现的电磁现象, 它几乎和电磁效应现象同时被发现, 1881年英国科学家发表“ 论无线电干扰”的文章, 标志着研究干扰问题的开始。1888年德国物理学家赫兹首创了天线, 第一次把电磁波辐射到自由空间, 同时成功地接收到电磁波,用实验证实了电磁波的存在, 从此开始了对电磁干扰问题的实验研究。1889年英国邮电部门研究了通信中的干扰问题, 使干扰问题的研究开始走向工程化和产业化。

按照研究对象的不同,可将电磁兼容问题自上向下划分为如下6 个层次:环境级电磁兼容问题、系统级电磁兼容问题、分系统级电磁兼容问题、设备级电磁兼容问题、电路级电磁兼容问题和器件级电磁兼容问题等。

系统电磁兼容技术在军事装备领域发挥着重要作用,它不仅是武器装备的一种性能,更是武器装备的一种能力。系统电磁兼容问题是大型复杂系统全寿命周期中必须面对的客观问题。如果解决不当,其不仅带来大量研制经费的浪费,同时还将导致系统从根本上丧失使用能力。

系统电磁兼容技术主要包括:系统电磁兼容设计技术和系统电磁兼容试验技术。设计技术包括:电磁兼容仿真、分析、预测、评估、优化、设计规范、设计方法、工程控制等技术和过程;试验技术包括:试验规范制定、标准制定、项目选择、实施方法、场地建设、误差处理等技术和过程。

三．电磁干扰的危害

强的电磁场会对人们的健康带来一定的危害。多年来各国学者对此进行了长期、深入、艰苦的研究工作。研究的结论是，无论工频还是射频电磁场，当超过一定强度时，对人体健康都是有害的。关键是危害的性质、程度与后果对电磁场强之间的关系。

相对较弱的电磁干扰对设备或系统造成的恶性电磁干扰事故是触目惊心的。可举出20 世纪70 年代的两个例子：美国一炼钢厂曾经因为控制天车的电路被干扰而造成整个钢水包的钢水完全倾倒在车间地面上的事故；一个配载假肢的骑摩托车人，当行车至高压电力线下时，由于假肢的控制电路受到干扰而造成车毁人亡的事故。

图 1 示出了残疾人用的电动轮椅在未采取抗干扰措施之前暴露于20V/m 电场强度下，其工作出现的反常现象。测试时轮椅工作在常用状态（30r/min）。由图可见，当加以不同频率的电磁辐射时，其工作失控，转速在 0～100r/min 之间变化，干扰频率从100MHz～700MHz。我们知道，这些频率被电视广播、调频广播以及移动通信所占用。

还有许多情况，电磁干扰造成的事故也可能是恶性的。例如：电磁辐射可能干扰电爆装置，使其误引爆。美国土星火箭上大约使用了150个电爆装置；一架飞机使用的电爆装置也在百个以上；航天飞机上大约有500个电爆装置。可见这一问题的严重性。

我们都知道，在民用飞机座舱内不允许使用移动通信手机或游戏机之类的数字型电器。这是由于这些设备产生的电磁骚扰不仅可以通过机内电缆耦合到机的敏感设备上，更严重的是，电磁辐射骚扰可能通过机舱窗户向机外辐射。而在机身上存在有大量的天线与传感器，可能直接接收电磁骚扰辐射。

四．生活中的电磁兼容

电磁兼容是指器件在工作的过程中即不干扰其它电器，同时也不被其它电器所干扰。有电磁兼容问题意味着有电磁之间的相互干扰问题。机电一体化的大时代背景下，每一个电器元件的核心都是电路板，也就是PCB板。电路板的板间是存在干扰的。在设计板子的过程中应该考虑到这个问题，一般板子不能太大，其频率也不能太高，频率如果过高就不能将电气元件当成理想的集总电气元件使用，要考虑它在高频条件下的性质。比如是电脑一般都是有两个频率的。这些都是与电磁干扰相关联的考虑。

另一个与生活息息相关的东西就是手机。手机实际上是“蜂窝”电话。接收手机信号的是分布在各处的手机机站，手机发出的信号会通过附近的机站被发送出去。当我们在长途行驶的车上打电话时，偶尔会出现掉线的情况。这实际是我们在车辆行驶的过程中离一个正在通信着的机站越来越远，而距离另外一个机站越来越近，这时我们的手机就会选择切换机站。如果我们手机从一个机站脱离，而另一个机站满负荷而无法接入，就会出现掉线的情况。在我们的生活中，我们还会遇到许多相类似的问题。我们通常都习以为常。但其实只要我们仔细的思考，我们就会发现电磁干扰和电磁兼容在我们的生活中处处存在。

五．解决电磁兼容的实施办法

电磁兼容的实施性方法包含了组织措施与技术措施两个方面。

技术上有合适的接地，合理的布线，屏蔽。滤波，电气隔离，限幅，续流，计算机软硬件措施等。组织上有具有一定电磁兼容能力的元器件，标准、规范，频谱管理，空间分离，时间分隔等。

接地

接地是电子设备的一个很重要问题。接地目的有三个：

（1）接地使整个电路系统中的所有单元电路都有一个公共的参考零电位，保证电路系统能稳定地干作。

（2）防止外界电磁场的干扰。机壳接地可以使得由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷通过大地泄放，否则这些电荷形成的高压可能引起设备内部的火花放电而造成干扰。另外，对于电路的屏蔽体，若选择合适的接地，也可获得良好的屏蔽效果。

（3）保证安全工作。当发生直接雷电的电磁感应时，可避免电子设备的毁坏；当工频交流电源的输入电压因绝缘不良或其它原因直接与机壳相通时，可避免操作人员的触电事故发生。此外，很多医疗设备都与病人的人体直接相连，当机壳带有110V或220V电压时，将发生致命危险。

因此，接地是抑制噪声防止干扰的主要方法。接地可以理解为一个等电位点或等电位面，是电路或系统的基准电位，但不一定为大地电位。为了防止雷击可能造成的损坏和工作人员的人身安全，电子设备的机壳和机房的金属构件等，必须与大地相连接，而且接地电阻一般要很小，不能超过规定值。

电路的接地方式基本上有三类，即单点接地、多点接地和混合接地。单点接地是指在一个线路中，只有一个物理点被定义为接地参考点。其它各个需要接地的点都直接接到这一点上。多点接地是指某一个系统中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引线的长度最短。接地平面，可以是设备的底板，也可以是贯通整个系统的地导线，在比较大的系统中，还可以是设备的结构框架等等。混合接地是将那些只需高频接地点，利用旁路电容和接地平面连接起来。但应尽量防止出现旁路电容和引线电感构成的谐振现象。

屏蔽

屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。

因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。

屏蔽体材料选择的原则是：

（1）当干扰电磁场的频率较高时，利用低电阻率的金属材料中产生的涡流，形成对外来电磁波的抵消作用，从而达到屏蔽的效果。

（2）当干扰电磁波的频率较低时，要采用高导磁率的材料，从而使磁力线限制在屏蔽体内部，防止扩散到屏蔽的空间去。

（3）在某些场合下，如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时，往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。

滤波

滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。滤波器可以显着地减小传导干扰的电平，因为干扰频谱成份不网于有用信号的频率，滤波器对于这些与有用信号频率不同的成份有良好的抑制能力，从而起到其它干扰抑制难以起到的作用。所以，采用滤波网络无论是抑制干扰源和消除干扰耦合，或是增强接收设备的抗干扰能力，都是有力措施。用阻容和感容去耦网络能把电路与电源隔离开，消除电路之间的耦合，并避免干扰信号进入电路。对高频电路可采用两个电容器和一个电感器（高频扼流圈）组成的CLCMπ型滤波器。滤波器的种类很多，选择适当的滤波器能消除不希望的耦合。

正确选用无源元件

实用的无源元件并不是“理想”的，其特性与理想的特性是有差异的。实用的元件本身可能就是一个干扰源，因此正确选用无源元件非常重要。有时也可以利用元件具有的特性进行抑制和防止干扰。

电路技术

有时候采用屏蔽后仍不能满足抑制和防止干扰的要求，可以结合屏蔽，采取平衡措施等电路技术。平衡电路是指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的所有电路，对地或对其它导线都具有相同的阻抗。其目的在于使两根导线所检拾到的干扰信号相等。这时的干扰噪声是一个共态信号，可在负载上自行消失。另外，还可采用其它一些电路技术，例如接点网络，整形电路，积分电路和选通电路等等。总之，采用电路技术也是抑制和防止干扰的重要措施。

六．结语

从电磁兼容领域来看，无论从理论研究、实验室水平、标准化工作等方面与工业发达国家相比，我国当前还处在一个较低的水平。但是无论从国家安全还是保护人身安全与健康，保护环境来看，电磁兼容都起着相当重要的作用；而且它又是一个创新力度较强的学科，所以还需要我们这一代人的努力学习与创造，发展我国乃至世界的电磁兼容水平。

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。