2023年7月28日发(作者：)

电磁兼容概述

一、电磁兼容的根本概念

1.1电磁兼容的定义

电磁兼容性即 EMC (Electromagnetic Compatibility).

有关电磁兼容的定义：

(1)国家标准GB/T 4365-1995?电磁术语?的定义：设备或系统在其电磁环境中能正 常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的水平.

(2)美国电气电子工程师协会(IEEE)的定义：一个装置能在其所处的电磁环境中满意 地工作同时又不向该环境及同一环境中的其他装置排放超过允许范围的电磁扰动.

(3)国际电工技术委员会(IEC)的定义：电磁兼容是设备的一种水平.它在其电磁环境 中能完成它的功能,而不至于在其环境中产生不允许的干扰.

上述三个定义虽然措辞不同,但都可概括为两个方面：

(1)设备或系统承受电磁骚扰时,能正常工作；

(2)设备工作时,不产生超过规定值的电磁骚扰.

1.2 电磁干扰和电磁骚扰

电磁骚扰(E1ectromagnetic Disturbance)：可能引起装置、设备或系统性能降低或对

有生命、无生命物质产生损害作用的电磁现象.

电磁干扰(E1ectromagnetic Interference—EMI)：由电磁骚扰引起的设备、系统或传

播通道的性能下降.

电磁骚扰和电磁干扰比拟：两个词语过去经常混用,但两者之间有明显的区别一一前者

是指电磁能量的发射过程,后者那么强调电磁骚扰造成的结果.

1.3 抗扰性和电磁敏感性

抗扰性(Immunity of Disturbance)：装置、设备或系统面临电磁骚扰而不降低运行性

能的水平.

电磁敏感性(E1ectromagnetic Susceptibility—EMS)：在存在电磁骚扰的情况下,装

置、设备或系统不能防止性能降低的水平. 电磁敏感性与抗扰性比拟:同一性能的正反两个不同说法,敏感性高意味着抗扰性能低. 1.4 发射电平、抗扰性电平、发射限值和兼容性电平等之间的关系

一一,—抗扰性电平

I设备抗扰性设计裕量

抗扰性限值一 抗扰性裕量

兼容性电平

发射裕量

发射限值 一

设备发射设计裕量

一一 一一、一 一一 ―发射电平

兼容性裕量

独立变量

1.5 电磁兼容标准

1.5.1电磁兼容标准的制定依据和目的

传导 辐射

电源线

电源线/信号静电放电

2 /

9 1.6 电磁干扰

1.6.1 电磁干扰三要素

电磁兼容就是研究电磁干扰(Electromagnetic Interference-EMI)问题.电磁干扰 三要素如下列图：

电路受干扰的程度可用下式描述:

S WC

/1

式中,S为电路受干扰的程度；W为骚扰源的强度；C为骚扰源通过某种途径到达被干 扰处的耦合因素；I为被干扰电路的抗干扰性能

对于任何一个干扰现象,必然存在电磁干扰的三要素,且缺一不可.因此,在系统设计、

制造、安装和调试中,消除三要素中的任何一个,干扰即可消除.电磁兼容设计的根本出发 点就在于破坏上述三个条件中的一个或几个.

1.6.2 电磁干扰现象 数字视频设备

1.6.3 产生电磁干扰的条件

〔1〕忽然变化的电压或电流,即dV/dt或dI/dt很大；

〔2〕辐射天线或传导导体；

当电压或电流发生迅速变化时,就会产生电磁辐射现象,导致电磁干扰.

最近电磁干扰问题日益突出的主要原因之一就是脉冲电路〔数字电路、脉冲电源〕的大

量应用.但凡存在这种电压或电流忽然变化的地方,都要考虑电磁干扰问题.

二、电磁骚扰源

2.1 电磁骚扰源分类

〔1〕从来源分：自然骚扰和人为骚扰

〔2〕从骚扰属性分：功能性骚扰和非功能性骚扰

〔3〕从耦合方式分：传导骚扰和辐射骚扰

〔4〕从频谱宽度分：宽带骚扰和窄带骚扰

〔5〕从频率范围分：甚低频骚扰〔30Hz以下〕、工频与音频骚扰〔50Hz及其谐波〕、载频 骚扰〔10kHz — 300kHz〕、射频及视频骚扰〔300kHz — 300MHz〕、微波骚扰〔300MHz 一 100GHz〕；

2.2 常见大自然骚扰源

〔1〕雷电

〔2〕太阳噪声 〔3〕物质本身固有的噪声

2.3 常见人为骚扰源

〔1〕无线电通信设备

〔2〕工业、科学、医疗设备

〔3〕电力系统

〔4〕点火系统

〔5〕家用电器、电开工具及电气照明

〔6〕信息技术设备

〔7〕静电放电

2.4 电磁骚扰源强度

无论是自然的或人为的电磁骚扰源,按其构成威胁的程度均可分为4类: 雷电、强电磁脉冲、静电放电和开关操作.

2.5 静电放电

以往所关注的静电危害,主要是静电电压对器件造成的损坏.然而,在EMC研究中,主 要关注静电放电过程所形成的干扰. 静电放电电流上升沿短,幅度高,所以会产生强度大,频谱宽的电磁场.上升沿为1ns

的脉冲,带宽可达300MHz.

三、电磁骚扰的传播

3.1 将传播方式按耦合机理分类

〔1〕传导耦合〔公共阻抗耦合〕：电路中的骚扰电压或电流通过公共电路〔如公用的导 线、元器件等〕流通到另一个电路中的耦合方式.其特点是电路间至少有两个电气 连接节点

〔2〕磁场耦合〔电感耦合〕一个电路中的骚扰电流通过链接磁通〔互感〕在另一个回

路中感应电动势,以传播骚扰的耦合方式

〔3〕电场耦合〔电容耦合〕：一个电路中导体的骚扰电压通过与其临近的另一个电路的 导体之间的相互电容耦合产生骚扰电流

〔4〕辐射耦合：电磁骚扰在空间以电磁波的形式传播,耦合至被干扰电路

3.2 减小传导耦合影响的举措

〔1〕尽量减少与骚扰源回路的公共局部

〔2〕采取滤波举措

3.3 减小磁场耦合的举措

〔1〕降低骚扰电流的频率

〔2〕减小回路之间的互感

〔3〕减小被干扰回路的负载阻抗 3.4减小电场耦合的举措

(1)减小骚扰电压

(2)降低骚扰电压的频率

(3)减小被干扰回路中源阻抗和负载阻抗的并联值

(4)减小电路之间的耦合电容

(5)采取屏蔽举措

3.5减小辐射耦合的举措

辐射耦合是指电磁骚扰在空间中以电磁波的形式传播,耦合至被干扰电路.

空间辐射电磁波对电路的干扰：有的是通过接收天线感应进入接收电路,多数是通过线

缆感应,然后沿导线进入接收电路,还有的是通过电路回路感应形成干扰.

3.5.1 用天线的概念分析辐射问题

要解决辐射耦合问题,就需要正确识别和处理好无意间形成的与辐射发射和辐射接收有

关的发射天线和接收天线.

(1)用天线的概念看待设备中的导体,发现隐蔽的天线

(2)尽量消除具有天线性能的结构

(3)不能消除天线时,限制天线的辐射,即：

I减小环天线的面积

II减小两个导体之间的射频电压

3.5.2 如何减小辐射

(1)为减小辐射,应当防止形成有效的天线结构,或将天线的两局部短接起来

(2)对于回路天线,应当减小回路的面积,或使其局部回路的作用相互抵消

(3)对于缝隙天线,应当减小缝隙的最大尺寸(一般要小于人/20),或采用波导结构 以减少低于其截止频率的辐射

保证电磁兼容性的方法

4.1 电磁兼容工程

在产品设计开发的不同阶段,可采取的技术手段及付出的代价是不同的.

设计初期,EMC设计本钱很少,可采取的举措很多；越到后期,可采取的手段越少,付 出的代价也越高.为此,应当在新产品设计阶段就首先进行电磁兼容设计.设计阶段调试阶段 生产阶段

代价

可用技术

时间

4.2 电磁兼容设计考前须知

〔1〕跟据使用环境获取对系统的电磁兼容性要求

〔2〕在方案论证初期就提出产品的电磁兼容性指标

〔3〕把电磁兼容性设计融入产品的功能设计中,而不是采取事后的补救举措

〔4〕通过试验、测量确认系统已到达电磁兼容性要求

〔5〕对产品进行跟踪调查,保证其寿命期内的电磁兼容问题

4.3 电磁兼容设计内容

〔r伊准、标准

系统分析,产品要求

EMI分析 <［分析.仿真

｛电磁暖扰源

骚扰耦合通道

敏感电路

电气、电子系统<

EMC设计合理布局

屏蔽

1ale限制,滤波

接地

IEMC测量■,测试 4.4 电磁兼容设计思路

4.4.1 从电磁干扰的三要素入手

〔1〕充分了解电子设备可能存在的电磁骚扰源及其性质,消除或降低电磁骚扰源的参数.

〔2〕充分分析电磁骚扰可能的传播途径,切断或削弱与电磁骚扰的耦合通路.

〔3〕分析和熟悉易于接收电磁骚扰的电磁敏感电路或单元,提升其承受电磁骚扰的水平.

4.4.2 技术举措归纳

〔1〕设备或系统本身应尽可能选用相互干扰最小的部件、电路和设备,并予以合理的布

局.

〔2〕通过采用屏蔽、滤波、接地、合理布线等技术,将干扰予以隔离和抑制.