EMC

        概述

　　電磁兼容性或電磁兼容（英語：Electromagnetic Compatibility，簡稱EMC）是在電學(xué)中研究意外電磁能量的產(chǎn)生、傳播和接收，以及這種能量所引起的有害影響。電磁兼容的目標(biāo)是在相同環(huán)境下，涉及電磁現(xiàn)象的不同設(shè)備都能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且不對此環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生難以忍受的電磁干擾之能力。

　　為了取得以上目標(biāo)，電磁兼容主要包含以下問題：“發(fā)射”（emission）問題，即減少意外電磁能量的產(chǎn)生和抑制這種能量向外部環(huán)境傳播；“易感性”（susceptibility）問題，即在電磁干擾存在的情況下如何正常運(yùn)轉(zhuǎn)電子和電氣設(shè)備。因此電磁相容含蓋電磁干擾（EMI，Electromagnetic Interference）和電磁耐受性（EMS，Electromagnetic Susceptibility）；EMI為電磁場伴隨著電壓、電流的作用而產(chǎn)生，EMS為產(chǎn)品在使用過程中不受周遭電磁環(huán)境影響的能力。

　　當(dāng)研究導(dǎo)向結(jié)構(gòu)（如電線、電纜、印刷電路板線路）的電磁干擾傳播問題時，需要考慮“傳導(dǎo)的”（conducted）發(fā)射和易感性問題；相反地，研究開放空間電磁干擾的傳播問題時，則需要考慮“輻射的”（radiated）發(fā)射和易感性問題。

　　歷史

　　過去在軍事領(lǐng)域之外，對于電磁兼容性的研究并不嚴(yán)謹(jǐn)，而且大多數(shù)設(shè)備制造商并不關(guān)心電磁兼容性問題。但隨著使用更低信號電壓的現(xiàn)代數(shù)字設(shè)備的時鐘頻率迅速增高，電磁兼容性問題變得越來越重要。許多國家意識到這個凸現(xiàn)的問題，并對相關(guān)設(shè)備制造商頒布了政令，要求只有滿足基本條件的設(shè)備才能夠銷售。

　　各國的相應(yīng)的組織機(jī)構(gòu)開始制定標(biāo)準(zhǔn)并維護(hù)政府指令，其中較為知名的國家組織有：美國的FCC、歐洲的CEN、CENELEC和ETSI及英國的BSI。還有眾多國際組織致力于“推進(jìn)各項標(biāo)準(zhǔn)化問題的國際合作”，當(dāng)然也包含電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。

　　其中最重要國際組織是國際電工委員會（International Electrotechnical Commission，IEC），它擁有多個電磁兼容性問題的全職分會。在IEC中協(xié)調(diào)這些分會的是ACEC，電磁兼容性問題的顧問委員會。

　　干擾的形成

　　干擾源與受干擾源

　　無論何種情況下電磁相容的問題出現(xiàn)總是存在兩個互補(bǔ)的方面：

　　一個是干擾發(fā)射源和一個為此干擾敏感的受干擾設(shè)備。

　　如果一個干擾源與受干擾設(shè)備都處在同一設(shè)備中稱為系統(tǒng)內(nèi)部的EMC 情況。

　　不同設(shè)備間所產(chǎn)生的干擾狀況稱為系統(tǒng)間的EMC 情況。

　　大多數(shù)的設(shè)備中都有類似天線的特性的零件如電纜線、PCB 布線、內(nèi)部配線、機(jī)械結(jié)構(gòu)等這些零件透過電路相耦合的電場、磁場或電磁場而將能量轉(zhuǎn)移。

　　實(shí)際情況下設(shè)備間和設(shè)備內(nèi)部的耦合受到了屏蔽與絕緣材料的限制而絕緣材料的吸收與導(dǎo)體相比的影響是微不足道的。

　　電纜線對電纜線的耦合既可以是電容性也可以是電感性并且取決于方位、長度及接近程度的影響。

　　公共阻抗的耦合

　　公共阻抗耦合線路是干擾源與受干擾設(shè)備共用電路阻抗所引起的。

　　公共導(dǎo)線也因兩個電流環(huán)之間的互感而引起或因兩個電壓節(jié)點(diǎn)之間的互容耦合而引起。

　　對于傳導(dǎo)性的公共阻抗耦合的解決是將連接線分離使系統(tǒng)各自獨(dú)立避免形成公共阻抗。

　　發(fā)射

　　來自PCB 的發(fā)射：在大多數(shù)設(shè)備中主要的電流源是流入PCB 板上的電路中這些能量借由PCB 板所模擬成的天線而將干擾輻射出去。

　　來自電纜線的幅射：干擾電流以共模形式產(chǎn)生于在PCB 和設(shè)備內(nèi)部其他位置形成的對地噪聲并沿著導(dǎo)體或者屏蔽電纜的屏蔽層流動。

　　傳導(dǎo)發(fā)射：干擾也可能從其他電纜以感性或容性方式偶合到電纜線上。

　　產(chǎn)生的干擾可能以差模（在火線與中線或在信號線之間）或共模（在火線/中線/信號線與接地間）或者以二者的混合形式出現(xiàn)。

　　對于電源部埠需要測量每一個相線/中線與在電源電纜遠(yuǎn)端地之間的電壓。

　　差模發(fā)射通常與來自電源的低頻開關(guān)噪聲聯(lián)系在一起。

　　共模發(fā)射則是由于更高頻率的開關(guān)元件、內(nèi)部電路源或電纜的內(nèi)部偶合引起的。

　　電路的分布電容分布廣泛。若沒有屏蔽物體的話，取決于與其他物體接近的程度。由于周圍環(huán)境有較高的電容，部分屏蔽的機(jī)殼實(shí)際上會使耦合更加嚴(yán)重惡化。

　　EMI、EMC和EMS的異同

　　1、EMC 包括EMI（interference）和EMS（susceptibility），也就是電磁干擾和電磁抗干擾。

　　2、EMI，電磁干擾度，描述電子、電氣產(chǎn)品的正常工作；

　　EMI又包括傳導(dǎo)干擾CE（conduction emission）和輻射干擾RE（radiation emission）以及諧波harmonic。

　　電磁干擾（Electromagnetic Interference），簡稱EMI，有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾主要是電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過導(dǎo)電介質(zhì)或公共電源線互相產(chǎn)生干擾；輻射干擾是指電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過空間耦合把干擾信號傳給另一個電網(wǎng)絡(luò)或電子設(shè)備。為了防止一些電子產(chǎn)品產(chǎn)生的電磁干擾影響或破壞其它電子設(shè)備的正常工作，各國政府或一些國際組織都相繼提出或制定了一些對電子產(chǎn)品產(chǎn)生電磁干擾有關(guān)規(guī)章或標(biāo)準(zhǔn)，符合這些規(guī)章或標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品就可稱為具有電磁兼容性EMC（Electromagnetic Compatibility）。電磁兼容性EMC標(biāo)準(zhǔn)不是恒定不變的，而是天天都在改變，這也是各國政府或經(jīng)濟(jì)組織，保護(hù)自己利益經(jīng)常采取的手段。

　　3、EMS，電磁抗干擾度，描述一電子或電氣產(chǎn)品是否會受其周圍環(huán)境或同一電氣環(huán)境內(nèi)其它電子或電氣產(chǎn)品的干擾而影響其自身的正常工作。

　　EMS又包括靜電抗干擾ESD，射頻抗擾度RS，電快速瞬變脈沖群抗擾度EFT，浪涌抗擾度Surge，電壓暫降抗擾度Voltage DIP and Interrupt，等等相關(guān)項目。

　　EMC 對策

　　由于微電腦的依存度正不斷提高，設(shè)備的大量使用，復(fù)雜了我們的電磁環(huán)境，因此外來的干擾如脈沖噪聲、放射電磁場、靜電、雷擊、電壓變動等，所引發(fā)的誤動作產(chǎn)生當(dāng)機(jī)甚至破壞的情形，如無線電的通訊、雷達(dá)、大哥大、電視游樂器⋯⋯等，往往干擾到電視，甚至于造成醫(yī)療器材使用中的誤動作，影響到飛航的安全。

　　國際上對于電子、電器、工業(yè)設(shè)備產(chǎn)品的抗擾性測試日漸重視，且趨向整合以IEC（International Electrotechnical Commission）國際規(guī)格為測試標(biāo)準(zhǔn)，歐 洲共同體率先制定EMC防治法規(guī)，于1996 年起全面實(shí)施抗擾測試。

　　電源方面

　　三相入力電源在NFB 與變壓器間裝噪聲濾波器（Noise Filter），此濾波器的輸入線愈短愈好。

　　電源及大電流導(dǎo)線緊貼電氣箱之底部，并沿著邊角布線。

　　開關(guān)式電源供應(yīng)器加裝隔離罩以防輻射性發(fā)射干擾，濾波器選用器選用π型或T 型可抑制寬波段噪聲，陶鐵磁體（Ferrite）材質(zhì)可抑制射頻噪聲。

　　電源線兩端考慮采隔離接地，以免接地回路（Ground Loop）形成共同阻抗耦合（Common Impedance Coupling）將噪聲耦合至信號線。

　　電源線與信號線盡量采用隔離或分開配線。

　　電源變壓器應(yīng)加隔離（Shielding），外殼須接地良好。

　　單相AC 控制線建議采用絞線。

　　直流導(dǎo)線建議使用絞線來配線。

　　避免將電源與信號線接至同一接頭。

　　信號線方面

　　信號輸入線與輸出線應(yīng)避免排在一起造成干擾。

　　應(yīng)將CABLE剩余不用之線單端接地，以避免形成感應(yīng)回路。

　　接近電源線附近的信號線考慮采用撚合（Twist）。

　　不同類別的信號線避免混雜接在一個連接頭上，宜按類別分類并加地線隔離。

　　輸入信號線與輸出線盡量避免同在一個接頭上，如不能避免時應(yīng)將輸入與輸出信號錯開。

　　敏感性較高之低準(zhǔn)位信號線，除采用絞線外可加隔離遮蔽。

　　類比信號方面

　　高頻的類比信號及脈波信號線建議采用隔離線。

　　高頻類比信號線采用同軸式隔離線，低頻之類比信號線采用絞線，必要時可外加隔離遮蔽，絕不可使用同軸隔離線。

　　連接頭安裝位置須清潔處理，接頭及金屬面的接觸電阻須小于2.5m歐姆。

　　類比電路干擾以波形失真為主，抑制方法主要在濾波器選用的特性，例如；帶寬、頻率響應(yīng)值。

　　類比信號線與數(shù)位排線必須相互垂直。

　　數(shù)位信號

　　避免使用未隔離遮蔽的導(dǎo)線來傳送數(shù)位信號，宜使用多股絞線外加隔離線。

　　數(shù)位電路干擾以外在磁場干擾為主，應(yīng)加隔離措施。

　　數(shù)位電路易受高能電場干擾，須使用隔離線隔離，以能防止1∼10MHz頻段之高能電場200V/m 干擾為最佳隔離選擇。

　　數(shù)位電路以抑制鄰近電路脈波與尖波（Spikes）干擾為主。

　　數(shù)位電路傳送避免使用過長且未加隔離之導(dǎo)線。

　　電路設(shè)計方面

　　具干擾性的回路，如時脈、驅(qū)動器、交換式電源的ON和OFF、振蕩器式控制信號，應(yīng)加隔離遮蔽。

　　各型PCB電路設(shè)計盡可能選用低噪聲零組件，且須考慮噪聲變化與環(huán)境溫度變化之關(guān)系。

　　陶鐵磁體線圈（Ferritecore）適用于高頻濾波，但須注意經(jīng)由此線圈負(fù)載功率損耗。

　　穩(wěn)壓器須考慮抑制線路間共通阻抗耦合（Common Impedance Coupling）EMI問題。

　　振蕩器本身輸出越小越好，如須要較大輸出，宜由放大器放大。

　　功率放大應(yīng)予隔離以防止輻射性發(fā)射。

　　電解質(zhì)電容器適于清除高漣波（High Ripple）及暫態(tài)電壓（Transient Voltage）變化。

　　動力線的干擾有低壓（或瞬間斷電）超壓及突波，這些干擾通常來自于電力開關(guān)的動作、重負(fù)載的開與關(guān)之瞬間、功率半導(dǎo)體動作、保險絲燒斷時、雷電感應(yīng)…等。

　　須考慮下述項目來抑制：

　　使用電源濾波器。

　　適當(dāng)?shù)碾娏Ψ峙洹?/p>

　　受干擾的裝置改用另一電路。

　　將電子零件及濾波器適當(dāng)?shù)陌b。

　　使用隔離變壓器。

　　裝置Varistor。

　　交流電磁接觸器線圈、電磁閥，皆須聯(lián)結(jié)火花消除器。

　　電磁開關(guān)之熱電驛輸出側(cè)須聯(lián)結(jié)三相火花消除器。

　　直流繼電器線圈聯(lián)結(jié)二極管，以供反相電壓保護(hù)。

　　火花消除器距離負(fù)載側(cè)愈近愈好。

　　把突波吸收器裝于電路開關(guān)和噪聲濾波器之間，線與線間，線與接地之間，將能有效吸收突波。

　　配電箱設(shè)計

　　配電箱采用金屬制，如焊接技術(shù)沒有問題（不會變形），采用接縫全焊方式，假使無法全焊接合面的空隙盡可能縮小。假使配電箱是用螺絲組立方式，須把接觸的面漆刮掉，以便取得較佳的導(dǎo)電性。

　　配電箱難免會開孔來做電纜線的出入口，電波會通過這些孔就無法通過測試，因此開孔應(yīng)盡可能的縮小，沒有使用到的孔須用金屬做的蓋子蓋起來，金屬與金屬的接觸面漆須刮掉，且須用工業(yè)環(huán)境用的導(dǎo)電墊片。

　　配電箱的門在關(guān)閉時，和配電箱本體的接觸面，須用工業(yè)環(huán)境用的導(dǎo)電墊片，使其緊密的接觸，如基于成本的考慮可用分布緊湊的間距采用固定式的螺絲鎖緊。

　　配電箱門須留接地用的端點(diǎn)，接地面必須防漆。