電磁兼容性基礎(chǔ)知識(shí)

文章來源：睞芯科技EMC

原文作者：MX

本文主要介紹電磁兼容基礎(chǔ)

介紹Introduction

電磁兼容性(EMC)確保多個(gè)電子設(shè)備在相同的電磁環(huán)境中能夠正常工作，不會(huì)相互干擾。

圖1-EMC組件

電磁干擾Electromagnetic Interference

電磁干擾Electromagnetic Interference(EMI)是一種在另一個(gè)電子設(shè)備中引起干擾的電磁發(fā)射。EMI涵蓋了整個(gè)電磁頻譜，但最適用于10 kHz至10 GHz頻率范圍內(nèi)的現(xiàn)代電子設(shè)備。電磁干擾可以來自有意或無意的來源，連續(xù)或間歇，在單個(gè)頻率或?qū)挿秶念l率上。

無意的EMI源包括開關(guān)模式電源(SMPS)、數(shù)字設(shè)備、有刷直流電機(jī)、高壓點(diǎn)火系統(tǒng)和熒光燈。開關(guān)電源是最常見的無意電磁干擾源;因?yàn)樗鼈儸F(xiàn)在幾乎只用于LED燈泡、數(shù)字設(shè)備以及手機(jī)和筆記本電腦的電池充電器。

有意EMI源最常見的是射頻發(fā)射機(jī)，其發(fā)射通常被稱為射頻干擾(RFI)。這包括AM收音機(jī)、FM收音機(jī)、電視、手機(jī)、Wi-Fi、藍(lán)牙以及航空、應(yīng)急服務(wù)使用的許多其他固定和移動(dòng)無線電通信系統(tǒng)。

間歇性EMI包括可能對(duì)電子設(shè)備造成災(zāi)難性損壞的瞬態(tài)，包括靜電放電、閃電、電感反沖和電磁脈沖事件(EMP)。

EMI耦合Coupling

從源到接收器的EMI耦合可以通過電線傳導(dǎo)，通過空氣輻射，或兩者兼而有之。在較高頻率下，輻射發(fā)射變得更難緩解，因?yàn)檩^高頻率的波長(zhǎng)較短，而典型的線長(zhǎng)可以更有效地輻射。輻射很容易穿透空氣、太空、塑料、木材和絕緣體等非導(dǎo)電材料。

圖2：耦合機(jī)制

現(xiàn)實(shí)世界中的電磁干擾情況通常是傳導(dǎo)和輻射發(fā)射的結(jié)合，任何或所有電線和電纜都充當(dāng)接收或發(fā)射天線。

EMC需要適當(dāng)?shù)慕拥?、濾波和屏蔽，也就是說，不能簡(jiǎn)單地增加濾波來彌補(bǔ)接地不良或屏蔽無效。

輻射電磁干擾通常需要在金屬外殼內(nèi)屏蔽電子元件，保持屏蔽需要在入口處對(duì)電纜和電線進(jìn)行濾波。濾波器可減少進(jìn)出外殼的電線和電纜上的傳導(dǎo)EMI。入口點(diǎn)饋通濾波器需要與金屬外殼的低阻抗同軸連接才能正常工作。

圖5 基本EMI兼容系統(tǒng)

合規(guī)性測(cè)試Compliance Testing

EMC測(cè)試的兩種類型是發(fā)射測(cè)試和抗擾測(cè)試。發(fā)射測(cè)試驗(yàn)證設(shè)備發(fā)射的頻率和幅度是否低于標(biāo)準(zhǔn)限值?？箶_測(cè)試驗(yàn)證了設(shè)備在暴露于標(biāo)準(zhǔn)化EMI水平時(shí)的可接受功能。

使用線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN)、電流探頭或連接到EMI接收器的天線來測(cè)量發(fā)射，該接收器掃描所需的頻率范圍。低于限額的排放正在通過，而超過限額的排放則在失敗。

圖6 發(fā)射測(cè)試

通過耦合/解耦網(wǎng)絡(luò)(CDN)、電流探頭或天線注入EMI，并驗(yàn)證被測(cè)設(shè)備的功能，從而實(shí)現(xiàn)抗擾測(cè)試。EMC測(cè)試設(shè)備上看不到通過和失敗指示，而是通過監(jiān)測(cè)被測(cè)設(shè)備在暴露于EMI時(shí)的功能來確定的。

圖7 Immunity Testing抗擾測(cè)試

發(fā)射和抗擾測(cè)試進(jìn)一步細(xì)分為四個(gè)基本的EMC測(cè)試：1)傳導(dǎo)發(fā)射，2)輻射發(fā)射，3)傳導(dǎo)抗擾度，4)輻射抗擾度。傳導(dǎo)發(fā)射和傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試不使用天線，而輻射發(fā)射和輻射抗擾度檢測(cè)使用天線。如果設(shè)置中有天線，則正在進(jìn)行輻射發(fā)射或輻射抗擾度測(cè)試。

現(xiàn)實(shí)世界的考慮因素

EMI發(fā)射限值和抗擾度測(cè)試水平之間的典型差異為100,000至1,或者100dB。這是100dB的安全裕度嗎?如果給定環(huán)境中的電子設(shè)備被限制在如此低的排放水平，那么為什么這些設(shè)備需要處理如此高的抗擾水平呢?原因是電子設(shè)備必須在無線電發(fā)射機(jī)和無線電接收機(jī)附近運(yùn)行。

無線電發(fā)射機(jī)產(chǎn)生高電平RFI，以進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。為了檢測(cè)這些信號(hào)，無線電接收器非常靈敏?？箶_度測(cè)試水平模擬了電子設(shè)備在無線電發(fā)射機(jī)附近工作時(shí)將暴露的能量水平。發(fā)射限制不確定設(shè)備的EMI發(fā)射不會(huì)干擾附近無線電接收器的接收。

標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

美國(guó)，商用設(shè)備的EMC指南由聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)處理?！堵?lián)邦法規(guī)》(CFR)第47節(jié)第15、18和68部分包含所有工程師在設(shè)計(jì)A類和B類設(shè)備時(shí)應(yīng)注意的相關(guān)信息。

國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)通過其國(guó)際無線電干擾特別委員會(huì)(CISPR)制定了全球公認(rèn)的EMC標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)論

電磁兼容性已成為電子設(shè)備和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要方面。設(shè)備制造商必須及時(shí)了解不斷發(fā)展的EMC法規(guī)。了解EMC非常重要，因?yàn)楹弦?guī)級(jí)別的設(shè)備故障可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品交付延遲和開發(fā)成本增加。EMC在用戶級(jí)別的故障可能意味著設(shè)備退回、未來業(yè)務(wù)損失以及關(guān)鍵應(yīng)用程序中的潛在危險(xiǎn)。