1、1電磁兼容基礎知識電磁兼容基礎知識引言電子電器產(chǎn)品的電磁兼容性能是一項非常重要的技術指標， 它不僅關系到產(chǎn)品本身的安全性、可靠性，也關系到電磁環(huán)境的保護問題。國內(nèi)外現(xiàn)都十分重視產(chǎn)品的電磁兼容質(zhì)量管理。這就要求從事相關產(chǎn)品設計、制造和品質(zhì)管理的人員均應該掌握電磁兼容的一些基本理論、標準要求和設計技術。一、電磁兼容現(xiàn)象及基本理論一、電磁兼容現(xiàn)象及基本理論電磁兼容(ElectromagneticCompatibilityEMC)，其定義是：設備或系統(tǒng)在其所處的電磁環(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。從上述定義可以看出，一臺設備或一個系統(tǒng)的電磁兼容性都包括兩個方面，一

2、是它對同一電磁環(huán)境中其它設備的抗干擾能力或稱敏感性，二是它對其它產(chǎn)品的電磁騷擾特性。電磁騷擾(ElectromagneticDisturbaneeEMI)定義為任何可能引起裝置、 設備或系統(tǒng)性能降低或者對有生命或無生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。電磁騷擾可能是電磁噪聲、無用信號或傳播媒介自身的變化。(注：一般意義上的“有用的電磁信號或電磁能量在電磁兼容領域也有可能被認為是電磁騷擾源。)電磁騷擾的表現(xiàn)形式一般有兩種，一是通過導體傳播騷擾電壓、電流，一是通過空間傳播騷擾電磁場。前者稱為傳導騷擾，后者稱為輻射騷擾。例如，電視機的電磁騷擾主要有：對公用電網(wǎng)的無線電騷擾和低頻騷擾(如注入諧波電流)、對公

3、用電視天線系統(tǒng)的騷擾、向空間輻射的電磁場等。抗擾度(ImmunitytoaDisturbanee)定義為裝置、 設備或系統(tǒng)面對電磁騷擾不降低運行性能的能力”。電磁敏感性(ElectromagneticSusceptibilityEMS)定義為在存在電磁騷擾的情況下，裝置、設備或系統(tǒng)不能避免性能降低的能力。實際上，抗擾度與敏感性都反映的是對電磁騷擾的適應能力，僅僅是從不同的角度而言，敏感性高即意味著抗擾度低。對應電磁騷擾的兩種表現(xiàn)形式，設備對電磁騷擾的抗擾性也同樣分為傳導抗擾性和輻射抗擾性。電磁干擾（ElectromagneticInterferenee）是指電磁騷擾引起的設備、傳輸2通道或系統(tǒng)

4、性能的下降。對比電磁騷擾的定義，可知電磁干擾與之在概念上的區(qū)別。存在電磁騷擾但不一定形成電磁干擾，如果騷擾電平較低的話。電磁騷擾即可能是人為有意識產(chǎn)生的，也可能是人為但無意識產(chǎn)生的，還有可能是自然界固有的，比如雷電、地極磁場、磁鐵礦藏、宇宙射電噪聲等等。其實電磁干擾的問題或現(xiàn)象普遍存在。如雷電對家用電器的破壞，使用電吹風或電動工具對電視收看的影響、移動電話與有線電話間的串擾、電網(wǎng)電壓波動對計算機的運行可靠性的影響等等。電磁干擾造成的損失可能是非常巨大的。如因靜電、雷電每年給全球造成的經(jīng)濟損失可達數(shù)億美元。民航客機上禁用個人電子設備，也是出于對電磁干擾的預防。電磁干擾的產(chǎn)生必然具備三個基本要素：

5、電磁干擾源、敏感設備和電磁能量傳播通道。理論上講，改善其中之一即可防止電磁干擾的產(chǎn)生，實現(xiàn)電磁兼容。但在電磁兼容的實際質(zhì)量控制工作中，只有對三要素進行綜合考慮再對個別項目做重點處理才是經(jīng)濟可行的。二、電磁兼容標準及組織二、電磁兼容標準及組織1、國際標準一 IEC/CISPR 標準國際上一些技術研究組織和管理協(xié)調(diào)機構，如國際電信聯(lián)盟、國際大電網(wǎng)工作會議、國際電工委員會（IEC）及無線電干擾特別委員會（CISPR）等等，即從事電磁兼容的協(xié)調(diào)、管理和技術標準的制定。IEC 下屬的 TC77 組織主要負責制訂電磁環(huán)境標準、電磁兼容基礎標準、較低頻率范圍和電磁脈沖的電磁兼容標準，而 CISPR 主要負責

6、制訂有關電磁兼容的產(chǎn)品標準及較高頻率范圍的電磁兼容標準。2、歐盟標準一 EN 標準歐洲電工標準化委員會（CENELEC）與 IEC/CISPR 關系密切，其過去頒布的標準經(jīng)常是引用 IEC/CISPR 標準。但現(xiàn)在也出現(xiàn)這種情況，即其新制訂或修訂的EN 標準影響 IEC/CISPR 標準。當然兩者一般基本上能達到同步。由此可見歐洲電磁兼容標準在國際上的地位及影響力。3、美國 FCC 法規(guī)美國聯(lián)邦通信委員會 FCC 制訂的法規(guī) FCCRules（即聯(lián)邦規(guī)章法典第 47 卷）也涉及電磁兼容一主要是電磁發(fā)射方面的限制要求。4、中國國家標準一 GB、GB/T 及 GB/Z 標準3我國的標準化工作正在積

7、極與國際接軌，包括標準接軌、規(guī)范程序協(xié)調(diào)、承擔國際義務和國際互認。近些年我國制訂或修訂的電磁兼容標準一般都等同或等效于 IEC/CISPR 標準。現(xiàn)已發(fā)布實施的電磁兼容國家標準有三類：字頭為 GB 的強制性標準，GB/T 推薦性標準，GB/Z 專業(yè)標準。5、幾個重要的電磁兼容標準對照表序號相關內(nèi)容 IEC/CISPRENGB 或 GB/T1 聲音和電視廣播接收機及有關設備的無線電干擾 IEC/CISPR13EN55013GB138372 聲音和電視廣播接收機及有關設備的抗擾度 IEC/CISPR20EN55020GB/T138383 信息技術設備的無線電干擾 IEC/CISPR22EN5502

8、2GB92544 信息技術設備的抗擾度 IEC/CISPR24EN55024GB/T176185 家用電器、電動工具的無線電干擾 IEC/CISPR14EN55014GB43436 家用電器、電動工具的抗擾度 IEC/CISPR14-2EN55014-2GB4343.27 電氣照明設備的無線電干擾 IEC/CISPR15EN55015GB177438 電氣照明設備的抗擾度 IEC61547EN61547（暫無）9 工科醫(yī)射頻設備的無線電干擾 IEC/CISPR11EN55011GB482410 低壓電網(wǎng)用電設備的諧波電流、電壓閃爍與波動 IEC61000-3-2/3EN61000-3-2/3G

9、B17625.1/211 電磁兼容試驗方法一基礎標準 IEC61000-4 系列 EN61000-4 系列 GB/T17626系列三、歐美國家電磁兼容性質(zhì)量管理簡介三、歐美國家電磁兼容性質(zhì)量管理簡介經(jīng)濟發(fā)達國家和地區(qū)對電磁兼容問題都較為重視， 政府甚至采取立法和認證程序來管理相關產(chǎn)品的電磁兼容性能，對不符合者采取非常嚴厲的處罰行動。歐盟的“CEEMC指令和美國的 FCC 法規(guī)的對世界的影響尤為深遠。1、歐盟 CEEMC 指令歐盟 89/336/EECEMC指令要求從 1996年開始， 凡欲進入歐共體市場的電子、4電器和相關產(chǎn)品一定要符合有關電磁兼容標準要求，并在產(chǎn)品上粘貼符合性標記“CE。（注

10、：在有關產(chǎn)品使用“CE標志，除電磁兼容指令外，還應符合相應的“LVD低電壓指令等所有相關指令的要求）。歐盟對有關產(chǎn)品的電磁兼容性要求一般包括電磁騷擾和抗擾度兩個方面的內(nèi)容。2、美國 FCC 要求FCC 目前對有關產(chǎn)品的要求主要是電磁騷擾特性。 FCCPart15、 Part18、 Part68分別是關于射頻設備（含廣播接收機、數(shù)字設備等）、工科-醫(yī)射頻設備和通信設備的電磁騷擾特性的限制要求。四、我國電磁兼容的質(zhì)量管理及電磁兼容認證沖國強制認證四、我國電磁兼容的質(zhì)量管理及電磁兼容認證沖國強制認證（3C認證）認證）現(xiàn)階段，中國對電子電器及其他相關產(chǎn)品的電磁兼容性能的質(zhì)量管理，主要通過以下幾種方法來

11、實現(xiàn)：電磁兼容認證（CEMC 認證），國家或地方、行業(yè)質(zhì)量管理部門組織的產(chǎn)品質(zhì)量市場監(jiān)督抽查，工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證制度和出口產(chǎn)品質(zhì)量許可證制度，對境外六種進口商品的電磁兼容強制檢驗（CCIBS&E認證）。3C 認證制度將于 2002 年 5 月 1 日起啟動。對于列入第一批 3C 強制認證目錄的產(chǎn)品， 從 2002 年 5 月 1 日起， 有關認證部門將開始受理 3C 認證申請， 至 2003年 5 月 1 日 3C 認證正式實施， 對于目錄中的產(chǎn)品， 若未獲得 3C 認證將不得出廠、進口和銷售。五、電磁兼容檢測的主要項目五、電磁兼容檢測的主要項目1、電源端子騷擾電壓。主要是考核產(chǎn)品對公用電網(wǎng)的

12、干擾。測量在電源線的火線和零線上分別進行。2、其它端子騷擾電壓或騷擾電流。這些端子一般包括電信端口、有線廣播端口和負載端口。3、輻射騷擾場強及騷擾功率。有關產(chǎn)品工作時，經(jīng)常會通過其外殼或連接線向空間輻射電磁波。過量的電磁污染可能會干擾無線廣播、通訊，可能導致信息技術和控制設備工作失靈，甚至還5可能會影響到導航和拯救等重要系統(tǒng)正常運行。4、靜電放電抗擾度5、射頻電磁場抗擾度6、電快速瞬變脈沖群抗擾度7、沖擊（雷擊浪涌）抗擾度&由射頻場感應的傳導干擾抗擾度9、磁場（含工頻磁場和脈沖磁場）抗擾度10、電源電壓跌落、瞬時中斷及電壓變化抗擾度11、諧波電流12、電壓閃爍和波動（注：以上所有檢驗項目一般都

13、包含在 CE 認證檢驗中。但只有項目 1、2、3、11 是目前 3C 認證常規(guī)的 EMC 檢驗項目，而項目 4、6 等僅對部分產(chǎn)品有要求）六、電磁兼容檢測方法及儀器、場地要求六、電磁兼容檢測方法及儀器、場地要求無線電騷擾測試用的主要儀器有：電磁騷擾測量接收機、功率吸收鉗、人工電源網(wǎng)絡、測試天線等等。電磁騷擾測試接收機應有準峰值和平均值兩種檢波方式。標準規(guī)定在不同的測量頻率范圍，測試接收機應采用特定的（分段不同）分辨率帶寬。因為被測騷擾噪聲可能是寬帶的，選擇不同的分辨率帶寬對測量結果影響較大。人工電源網(wǎng)絡可以向被測設備提供穩(wěn)定的符合特定值的電源阻抗，相當于一個取樣電阻，通過它把被測設備注入電網(wǎng)的

14、干擾電壓（實際是電流）采樣以送到騷擾測試接收機。另外它一般還具備對公用電網(wǎng)電源的濾波作用，并可向被測設備供電。在不宜使用人工電源網(wǎng)絡時，則使用電壓探頭或電流探頭來替代。功率吸收鉗用來測量通過電源線或其它連接線的騷擾功率，它實際上是一個高頻電流感應器。騷擾功率測量一般只在家用電器等設備上進行。天線是測量輻射騷擾場強的基本工具。按照標準要求，在測量過程中，一般要求天線在一定范圍內(nèi)升降，并要分別垂直和水平極化。被測設備應按照一般使6用時情況進行布置，并在不同角度朝向接收天線。測試記錄最不利的情況下的騷擾值。傳導抗擾度測試使用特定參數(shù)的模擬器，如靜電放電模擬器、電快速瞬變模擬器、浪涌脈沖發(fā)生器、電源電

15、壓波動模擬器、射頻信號發(fā)生器等。實際測試過程中還經(jīng)常需要使用耦合/去耦網(wǎng)絡。 輻射抗擾度測試使用信號發(fā)生器、 發(fā)射天線、場強監(jiān)視儀等。一般來說，傳導測量在屏蔽室進行，輻射測量在開闊測試場地或電波暗室進行。輻射騷擾測試的理想測試場地是開闊測試場，而半電波暗室是開闊場地的替代場，但因其良好的電磁特性而得到廣泛應用。輻射抗擾度測試多在全電波暗室或 TEM 小室內(nèi)進行。七、電磁兼容設計的基本方法和設計要點七、電磁兼容設計的基本方法和設計要點統(tǒng)計資料顯示，電子電器產(chǎn)品若在初始設計階段未對其電磁兼容性給予充分的考慮并采取必要的措施，那么其電磁兼容性合乎標準要求的可能性不足 30%。而且一般地說，在產(chǎn)品研制

16、、試制和生產(chǎn)幾個階段，電磁兼容問題考慮和解決得越早越好。這就要求研發(fā)人員應掌握一定的電磁兼容設計知識，并將其應用在產(chǎn)品研制階段。電磁兼容設計包括電磁干擾抑制和防護兩大方面。電磁兼容設計的基本方法一般有三種：問題解決法、規(guī)范法和系統(tǒng)法。問題解決法是過去應用較多的方法。 它就是在發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在檢測中出現(xiàn)問題后進行改進。這種方法雖然具有針對性，但很可能導致成本上升，并影響產(chǎn)品及早上市。規(guī)范法即在產(chǎn)品開發(fā)階段就按照有關電磁兼容標準規(guī)范的要求進行設計，使產(chǎn)品可能出現(xiàn)的問題得到早期解決。系統(tǒng)法是近些年興起的一種設計方法，它在產(chǎn)品的初始設計階段對產(chǎn)品的每一個可能影響產(chǎn)品電磁兼容性的元器件、模塊及線路建立數(shù)學模型

17、，利用輔助設計工具對其電磁兼容性進行分析預測和控制分配，從而為整機產(chǎn)品滿足要求打下良好基礎。當然，無論是規(guī)范法或是系統(tǒng)法設計，其有效性都應是以最后產(chǎn)品或系統(tǒng)的實際運行情況或檢驗結果為準則，必要時還是需要結合問題解決法才能完成設計目標。7電磁兼容設計的內(nèi)容包括：1分析設備或系統(tǒng)所處的電磁環(huán)境和要求，正確選擇設計的主攻方向；2精心選擇產(chǎn)品所使用的頻率；3制定電磁兼容性要求和控制計劃；4對元器件、模塊、電路采取合理的干擾抑制和防護技術。電磁兼容設計的主要參數(shù)有：限額值、安全裕度和費效比。解決電磁兼容問題，一般可采取接地技術、濾波和吸收技術、屏蔽和隔離技術等技術。接地屬于線路設計的范疇，對產(chǎn)品電磁兼容

18、性有著至關重要的意義?？梢哉f，合理的接地是最經(jīng)濟有效的電磁兼容設計技術。濾波是抑制傳導干擾最直接有效的辦法。另外，由于良好的濾波抑制了干擾源的泄漏，所以也利于解決輻射干擾方面的問題。對于瞬態(tài)脈沖干擾，最有效的辦法則是使用脈沖吸收技術。屏蔽是抑制輻射干擾的有效辦法。應用時應注意，屏蔽措施經(jīng)常要與濾波和接地共同使用才能發(fā)揮作用。屏蔽可理解為隔離的一種方法，但隔離所包含的內(nèi)容不止于此，它還包括位置的遠離和傳導干擾路徑的切斷（如使用光電耦合器切斷地環(huán)路干擾）等。目前，市場上有大量的電磁干擾對策元器件可供選擇，使用很方便，但也會增加產(chǎn)品成本。其實，一個產(chǎn)品若在設計階段注意選擇合理的元器件，并優(yōu)化線路和結構布局，必要時再加上適當?shù)钠帘魏蜑V波等措施，那么其電磁兼容性能便不會存在大的問題。電磁兼容設計的要點：電磁兼容設計的要點：1）抑制電磁騷擾源盡量去掉對設備工作用處不大的潛在騷擾源，減少騷擾源的個數(shù)；恰當選擇元器件和線路的工作模式，盡量使設備工作在特性曲線的線性區(qū)域，以使諧波成分降低；對有用的電磁發(fā)射或信號輸出也要進行功率限制和頻帶控制；合理選擇發(fā)射天線的類型和高度，不盲目追求覆蓋面積和信號強度；合理選擇數(shù)字信號的脈沖形狀，不盲目追求脈沖的上升速度和幅度；控制電弧放電，盡量選用工作電平低的、有觸點保護的開關或繼電器，選擇加工精密的電機；應用良好的接地來抑制接地干擾、地環(huán)路干擾和高頻噪聲。8