電磁兼容的基本概念類型和測試標(biāo)準(zhǔn)解析

我們看電視的時(shí)候，如果旁邊有人使用電吹風(fēng)或電剃須刀之類的家用電器，屏幕上會(huì)出現(xiàn)令人煩感的雪花條紋。電飯鍋煮不熟米飯，明明關(guān)閉了的空調(diào)器，過一會(huì)卻又自己啟動(dòng)這些都是常見到的電磁干擾現(xiàn)象。更為嚴(yán)重的是，如果電磁干擾信號(hào)妨礙了正在監(jiān)視病情的醫(yī)療電子設(shè)備或正在飛行的飛機(jī)時(shí)，則會(huì)造成不堪設(shè)想的后果。

電磁兼容性（EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個(gè)方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值；另一方面是指器具對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。

所謂電磁干擾是指任何能使設(shè)備或系統(tǒng)性能降級(jí)的電磁現(xiàn)象。而所謂電磁干擾是指因電磁干擾而引起的設(shè)備或系統(tǒng)的性能下降。

EMC包括EMI（電磁干擾）及EMS（電磁耐受性）兩部份，所謂EMI電磁干擾，乃為機(jī)器本身在執(zhí)行應(yīng)有功能的過程中所產(chǎn)生不利于其它系統(tǒng)的電磁噪聲；而EMS乃指機(jī)器在執(zhí)行應(yīng)有功能的過程中不受周圍電磁環(huán)境影響的能力。

1.電磁兼容的基本概念、類型和測試標(biāo)準(zhǔn)

1.1基本概念

電磁兼容性測試EMC，是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。自從麥克斯韋建立電磁理論、赫芝發(fā)現(xiàn)電磁波至今百余年來，電磁能得到了充分的利用。尤其在科學(xué)發(fā)達(dá)的今天，廣播、電視、通信、導(dǎo)航、雷達(dá)、遙測遙控及計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域得到了迅速的發(fā)展，給人類創(chuàng)造了巨大的物質(zhì)財(cái)富，特別是信息、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的爆炸性發(fā)展，使世界的對話距離一下拉近。EMC測試包括測試方法、測量儀器和試驗(yàn)場所，測試方法以各類標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，測量儀器以頻域?yàn)榛A(chǔ)，試驗(yàn)場地是進(jìn)行EMC測試的先決條件，也是衡量EMC工作水平的重要因素。EMC檢測受場地的影響很大，尤其以電磁輻射發(fā)射、輻射接收與輻射敏感度的測試對場地的要求最為嚴(yán)格。

1.2電磁兼容類型

作為EMC測試的實(shí)驗(yàn)室大體有兩種類型：

一種是經(jīng)過EMC權(quán)威機(jī)構(gòu)審定和質(zhì)量體系認(rèn)證而且具有法定測試資格的綜合性設(shè)計(jì)與測試實(shí)驗(yàn)室，或稱檢測中心。

另一種類型就是根據(jù)本單位的實(shí)際需要和經(jīng)費(fèi)情況而建立的具有一定測試功能的EMC實(shí)驗(yàn)室。主要適用于預(yù)相容測試和EMC評估，也就是為了使產(chǎn)品在最后進(jìn)行EMC認(rèn)證之前，具有自測試和評估的手段。

1.3測試標(biāo)準(zhǔn)

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織已經(jīng)和正在制定EMC的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。我國在這方面的起步雖然較晚，但發(fā)展很快。隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國要參與世界技術(shù)市場的競爭，進(jìn)出口的電子產(chǎn)品都必須通過EMC檢驗(yàn)。我國1998年已立法強(qiáng)制對六類進(jìn)口電子產(chǎn)品及通信終端產(chǎn)品施行EMC檢測。

同時(shí)，國內(nèi)也正在審定和驗(yàn)收正式的EMC認(rèn)證機(jī)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)室。產(chǎn)品的EMC檢測是實(shí)現(xiàn)電磁兼容不可缺少的技術(shù)手段，強(qiáng)制貫徹電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，則是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高市場競爭力的先決條件。

2.電磁兼容測試的方法

2.1靜電抗擾度檢測

靜電分為接觸放電和空氣放電，靜電是積累的高壓，當(dāng)接觸到設(shè)備的金屬外殼時(shí)會(huì)瞬間放電，會(huì)影響到電子設(shè)備的正常工作，可能引起設(shè)備故障或重啟，在安全性要求較好的場合這是不允許的。靜電會(huì)影響顯示效果，可能出現(xiàn)顯示閃爍或黑屏，影響正常顯示和操作。

2.2電快速瞬變脈沖群抗擾度檢測

電快速瞬變脈沖群是一系列的高頻高壓瞬變脈沖施加在設(shè)備上，觀察設(shè)備是否受到其影響。防護(hù)群脈沖主要的方法是“疏導(dǎo)”和“堵”，封閉磁環(huán)的效果好于對扣磁環(huán)，也可以將磁環(huán)加入到板級(jí)中，固定在印制板中，這樣使設(shè)備更可靠。對電源線、信號(hào)線、通訊線兩端增加磁環(huán)，可以對群脈沖干擾進(jìn)行防護(hù)。

2.3雷擊浪涌檢測

雷擊浪涌主要包含兩個(gè)方面，一個(gè)是電源防雷，一個(gè)是信號(hào)防雷。電源防雷主要是針對系統(tǒng)級(jí)而言的，系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)要按照三級(jí)防雷設(shè)計(jì)，總電源進(jìn)入端設(shè)置電源防雷，可以對系統(tǒng)的電源進(jìn)行一級(jí)防護(hù)，電源經(jīng)過電源防雷后，進(jìn)入隔離變壓器，隔離變壓器可以對電磁干擾信號(hào)進(jìn)行較好的防護(hù)，抑制其對系統(tǒng)的影響。信號(hào)防雷是對系統(tǒng)的信號(hào)通路進(jìn)行防護(hù)，主要涉及的是板級(jí)設(shè)計(jì)，在板級(jí)設(shè)計(jì)中增加防雷器件，如氣體放電管，增加TVS泄放回路，當(dāng)有大電流時(shí)通過配套電阻和TVS、氣體放電管泄放，對后級(jí)電路起到保護(hù)作用。而后信號(hào)進(jìn)行光電隔離，再進(jìn)入系統(tǒng)，系統(tǒng)可以采集到一個(gè)穩(wěn)定的信號(hào)，使系統(tǒng)正常分析判斷，正常發(fā)出指令，正常工作。另一方面就是設(shè)計(jì)較寬的信號(hào)范圍，信號(hào)正常波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)正常工作。

2.4射頻場感應(yīng)傳導(dǎo)的抗擾度檢測

射感試驗(yàn)可能會(huì)對顯示信號(hào)、采集驅(qū)動(dòng)等造成影響，可能使顯示閃爍或黑屏，影響設(shè)備操作，可能使采集驅(qū)動(dòng)工作異常，采集不到需要的信號(hào)，無法驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場設(shè)備。射頻試驗(yàn)是0.15k～80M頻率范圍內(nèi)對信號(hào)線、電源進(jìn)行干擾，3級(jí)強(qiáng)度是10V/m。射感防護(hù)的原則是將電源、信號(hào)線的屏蔽做好，屏蔽層良好接地，選擇合適頻率進(jìn)行濾波，將干擾濾除。

2.5輻射發(fā)射檢測、射頻場輻射抗擾度檢測

該測試主要是測試系統(tǒng)的抗射頻信號(hào)及整體屏蔽性能，只要系統(tǒng)做好良好的屏蔽，系統(tǒng)地線接地良好，系統(tǒng)就可以通過檢測。通過相關(guān)電磁兼容測試，產(chǎn)品就可以推向市場，進(jìn)行試運(yùn)行了，對試運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，進(jìn)行匯總，以備產(chǎn)品的改進(jìn)。

3.電磁兼容性的控制方法

EMC技術(shù)在控制干擾的策略上采取了主動(dòng)預(yù)防、整體規(guī)劃和“對抗”與“疏導(dǎo)”相結(jié)合的方針。人類在征服大自然各種災(zāi)難性危害中，總結(jié)出的預(yù)防和救治、對抗和疏導(dǎo)等一系列策略，在控制電磁危害中同樣是極其有效的思維方法。

采用眾所周知的抑制干擾傳播的技術(shù)，也可以采取回避和疏導(dǎo)的技術(shù)處理，有時(shí)這些回避和疏導(dǎo)技術(shù)簡單而巧妙，可以代替成本費(fèi)用昂貴而質(zhì)量體積較大的硬件措施，收到事半功倍的效果。在解決電磁干擾問題的時(shí)機(jī)上，應(yīng)該由設(shè)備研制后期暴露出不兼容問題而采取挽救修補(bǔ)措施的被動(dòng)控制方法，

轉(zhuǎn)變成在設(shè)備設(shè)計(jì)初始階段就開展預(yù)測分析和設(shè)計(jì)，預(yù)先檢驗(yàn)計(jì)算，并全面規(guī)劃實(shí)施細(xì)則和步驟，做到防患于未然。把EMC設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)，維護(hù)性、維修性設(shè)計(jì)與產(chǎn)品的基本功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行，并行開展。EMC控制技術(shù)是現(xiàn)代并行工程的組成內(nèi)容之一。EMC控制策略與控制技術(shù)方案可分為如下幾類：

（1）傳輸通道抑制：具體方法有濾波、屏蔽、搭接、接地、布線。

（2）空間分離：地點(diǎn)位置控制、自然地形隔離、方位角控制、電場矢量方向控制。

（3）時(shí)間分隔：時(shí)間共用準(zhǔn)則、雷達(dá)脈沖同步、主動(dòng)時(shí)間分隔、被動(dòng)時(shí)

間分隔。

（4）頻率管理：頻率管制、濾波、頻率調(diào)制、數(shù)字傳輸、光電轉(zhuǎn)換。

（5）電氣隔離：變壓器隔離、光電隔離、繼電器隔離、DC/DC變換

4.電磁兼容性的設(shè)計(jì)方法

EMC設(shè)計(jì)的基本原則和方法，首先是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)對EMC提出的要求和相應(yīng)指標(biāo)，然后，依據(jù)EMC的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，將設(shè)計(jì)產(chǎn)品的EMC指標(biāo)要求分解成元器件級(jí)、電路級(jí)、模塊級(jí)和產(chǎn)品級(jí)的指標(biāo)要求，再按照各級(jí)要實(shí)現(xiàn)的功能要求，逐級(jí)分層次的進(jìn)行設(shè)計(jì)。EMC設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題很多，但從根本上講，就是如何提高設(shè)備的抗擾度和防止電磁泄漏。通常采取的措施，一方面設(shè)備或系統(tǒng)本身應(yīng)選用互相干擾最小的設(shè)備、電路和部件，并進(jìn)行合理的布局。再就是通過接地、屏蔽及濾波技術(shù)，抑制與隔離電磁騷擾。對不同的設(shè)備或系統(tǒng)有不同的設(shè)計(jì)方法和措施。

（1）元器件的選擇和電路的分析是EMC設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

（2）電源系統(tǒng)的EMC設(shè)計(jì)。

（3）接地系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)。

（4）印制電路板的EMC設(shè)計(jì)。另外，值得注意的是在進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)時(shí)，一定不能忽略對靜電放電的防護(hù)。ESD防護(hù)的關(guān)鍵，一是防止靜電核的產(chǎn)生和積累，再就是阻隔ESD效應(yīng)的發(fā)生。
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