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電磁兼容EMC和電磁干擾EMI解析

日期:2024-10-19 08:25
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摘要: 隨著電子產(chǎn)品越來越多地采用低功耗、高速度、高集成度的LSI電路,而使得這些裝置比以往任何時候更容易受到電磁干擾的威脅。而與此同時,大功率家電及辦公自動化設備的增多,以及移動通信、無線網(wǎng)絡的廣泛應用等,又大大增加了電磁騷擾源。這些變化迫使人們把電磁兼容作為重要的技術問題加以關注。 電磁兼容 采用一定的技術手段,使同一電磁環(huán)境中的各種電子、電氣設備都能正常工作,并且不干擾其他設備的正常工作,這就是電磁兼容(ElectromagneticCompatibility,縮寫為EMC)。 ...

隨著電子產(chǎn)品越來越多地采用低功耗、高速度、高集成度的LSI電路,而使得這些裝置比以往任何時候更容易受到電磁干擾的威脅。而與此同時,大功率家電及辦公自動化設備的增多,以及移動通信、無線網(wǎng)絡的廣泛應用等,又大大增加了電磁騷擾源。這些變化迫使人們把電磁兼容作為重要的技術問題加以關注。


電磁兼容


采用一定的技術手段,使同一電磁環(huán)境中的各種電子、電氣設備都能正常工作,并且不干擾其他設備的正常工作,這就是電磁兼容(ElectromagneticCompatibility,縮寫為EMC)。


在國家標準GB/T4365-1995中對電磁兼容嚴格的定義是:設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。

 

電磁兼容性包括兩方面:電磁干擾(electromagnetic interference ;EMI)、電磁耐受(electromagnetic susceptibility; EMS)。

EMI指的是電氣產(chǎn)品本身通電后,因電磁感應效應所產(chǎn)生的電磁波對周圍電子設備所造成的干擾影響;EMS則是指電氣產(chǎn)品本身對外來電磁波的干擾防御能力。


其中EMI包括:CE(傳導干擾),RE(輻射干擾),PT(干擾功率測試)等等。EMS包括:ESD(靜電放電),RS(輻射耐受),EFT/B(快速脈沖耐受),surge(雷擊),CS(傳導耐受)等等。


顯然,EMC 設計的目的就是使所設計的電子設備或系統(tǒng)在預期的電磁環(huán)境中能夠?qū)崿F(xiàn)電磁兼容。換而言之,就是說設計的電子設備或系統(tǒng)必須能夠滿足EMC 標準規(guī)定的兩方面的能力。

電磁干擾(EMI)的原理 


EMI的產(chǎn)生原因

各種形式的電磁干擾是影響電子設備兼容性的主要原因。因此,了解電磁干擾的產(chǎn)生原因是抑制電磁干擾,提高電子產(chǎn)品電磁兼容性的重要前提。電磁干擾的產(chǎn)生可以分為:


1.  內(nèi)部干擾內(nèi)部電子元件之間的相互干擾

(1)  工作電源通過線路的分布電源和絕緣電阻產(chǎn)生漏電造成的干擾。


(2)  信號通過地線、電源和傳輸導線的阻抗互相耦合,或?qū)Ь€之間的互感造成的影響。


(3)  設備或系統(tǒng)內(nèi)部某些元件發(fā)熱,影響元件本身及其他元件的穩(wěn)定性造成的干擾。


(4)  大功率和高點壓部件產(chǎn)生的磁場、電場通過耦合影響其他部件造成的干擾。


2.外部干擾——電子設備或系統(tǒng)以外的因素對線路、設備或系統(tǒng)的影響。

(1)外部高電壓、電源通過絕緣漏電而干擾電子線路、設備或系統(tǒng)。


(2)    外部大功率的設備在空間產(chǎn)生很強的磁場,通過互感耦合干擾電子線路、設備或系統(tǒng)。


(3)    空間電磁對電子線路或系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾。


(4)    工作環(huán)境溫度不穩(wěn)定,引起電子線路、設備或系統(tǒng)內(nèi)部元器件參數(shù)改變造成的干擾。


電磁干擾的傳播途徑


1.當干擾源頻率較高,且干擾信號波長比受干擾對象結構尺寸小,則干擾信號可認為是輻射場,以平面電磁波形式向外輻射電磁場能量,并進入已干擾對象的通路。

        

2.干擾信號以漏電和耦合的形式,通過絕緣電介質(zhì),經(jīng)公共阻抗的耦合進入受 干擾系統(tǒng)。

   

3.干擾信號可通過直接傳導方式進入系統(tǒng)。


改善電磁兼容性的措施


要改善電子產(chǎn)品的電磁兼容性,接地、屏蔽和濾波是抑制EMI的基本方法。


1.  接地

接地就是一個系統(tǒng)內(nèi)電氣與電子元件至地參考點之間的電傳導路徑。接地除了提供設備的**保護地以外,還提供設備運行所必需的信號參考地。理想的接地平面是一個零電位、零阻抗的物理體,它可作為電路中所有信號點評的參考點,并且任何干擾信號通過它,都不會產(chǎn)生電壓降。但是,理想的接地平面是不存在的,這就需要我們考慮和分析地電位分布,進行接地設計與研究,找出合適的接地電位。

接地的方式可分為:浮地、單點接地、多點接地、混合接地。對于電路系統(tǒng)來說可選擇:電路接地、電源接地和信號接地等方法。


2.  屏蔽

屏蔽就是用導電或電磁體的封閉面將其內(nèi)外兩側空間進行電磁性隔離。主要抑制過空間的輻射干擾。分為電磁屏蔽、電場屏蔽和磁場屏蔽。

         

屏蔽的設計既可以針對干擾源,也可以針對受干擾體。對于干擾源,設計屏蔽部分可以使其減小對周邊其他設備的影響;對于受干擾體,則可減小外界干擾電磁波對本設備的影響。

 
主動屏蔽:把干擾源置于屏蔽體之內(nèi),防止電磁能量和干擾信號泄漏到外部空間。


被動屏蔽:把敏感設備置于屏蔽體內(nèi),使其不受外部干擾的影響。

  

3.  濾波

濾波的含義是指從混有噪聲或干擾的原信號中,提取到有用信號的一門技術,濾波器是實現(xiàn)濾波的元器件。


事實上,器件在工作時,也會產(chǎn)生各種各樣的噪聲。開關電源就是一種很強的干擾源,它產(chǎn)生的EMI信號即占有很寬的頻率范圍,又具有較大的振幅。這些噪聲隨著信號的傳播,對下上等的元器件產(chǎn)生了干擾,這樣的干擾上等級的累積,*終可能導致整個電路的不正常工作。假設在產(chǎn)生噪聲大,對下級器件干擾明顯的器件輸出信號之后做一次濾波,將噪聲信號濾掉,它對下級產(chǎn)生的干擾便會降低,系統(tǒng)便能穩(wěn)定的工作。


EMC濾波器的分類


① 反射式濾波器:

由電感器和電容器組成,利用反射或旁路,使干擾信號不能通過。


② 損耗濾波器
選用具有高損耗系數(shù)或高損耗角正切的材料,把高頻電磁能量通過渦流轉(zhuǎn)換成熱能。
       

例如:鐵氧體管,鐵氧體磁環(huán),磁環(huán)扼流圈等。

 

③ 有源濾波器:
使用晶體管等有源器件,以較小的體積和重量可以提供較大值的等效L和C。

有源電感濾波器:用晶體管模擬電感線圈的頻率特性(f越高,阻抗越大)。


有源電容濾波器:用晶體管模擬電容器的頻率特性(f越高,阻抗越?。?。


對消濾波器(陷波器):能產(chǎn)生與干擾信號幅度相同,相位相反(差180°)的電流,把干擾信號抵消。


電磁兼容認證


產(chǎn)品的EMC認證是依據(jù)產(chǎn)品的電磁兼容標準和相應的技術要求,經(jīng)過認證機構測試確認,并通過頒發(fā)認證證書和認證標志來證明某一產(chǎn)品符合相應標準和相應技術的要求。
    

在我國EMC認證已納入3C認證范圍(中國強制認證,英文名稱為“China Compulsory Certification”,英文縮寫為“CCC”,也可簡稱為“3C”),國家對有強制性電磁兼容國家標準或強制性電磁兼容行業(yè)標準以及標準中有電磁兼容強制條款的產(chǎn)品實行**認證制度,對這些實施電磁兼容**認證的產(chǎn)品在進入流通領域?qū)嵤娭菩员O(jiān)督管理(沒有進行電磁兼容**認證就不能進入流通領域)。


對有推薦性電磁兼容國家標準或推薦性電磁兼容行業(yè)標準的產(chǎn)品實行合格認證制度,企業(yè)可以根據(jù)自愿的原則向認證機構申請認證。


EMC認證機構:中國電磁兼容認證委員會 (CEMC)


認證測試必須在國家技術監(jiān)督局認可的EMC測試機構進行。


電磁兼容技術包括了對電磁學、電子學、材料學、等多方面知識的綜合。隨著電子產(chǎn)品的日益普及以及對電磁危害的逐漸認識,減小電磁干擾已經(jīng)成為了目前電子科學界的重要課題,如今的電路都已集成化、模塊化,所以現(xiàn)在的電路分析和設計也可以說成是系統(tǒng)的分析和設計,相信對這門技術的深入研究會對今后的電子產(chǎn)品性能的提高有顯著影響。

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