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[电磁兼容]电磁兼容（EMC）基础知识及标准分类 [复制链接]

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只看楼主正序阅读使用道具楼主发表于: 2023-07-04

关键词：电磁兼容 EMC 设计标准电子电器

电子电器产品的电磁兼容性能是一项非常重要的技术指标，它不仅关系到产品本身的安全性、可靠性，也关系到电磁环境的保护问题。国内外现都十分重视产品的电磁兼容质量管理。这就要求从事相关产品设计、制造和品质管理的人员均应该掌握电磁兼容的一些基本理论、标准要求和设计技术。

　　一、电磁兼容现象及基本理论 hcM 0?=
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　　电磁兼容(Electromagnetic CompatibilITy——EMC)，其定义是：设备或系统在其所处的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能力。从上述定义可以看出，一台设备或一个系统的电磁兼容性都包括两个方面，一是它对同一电磁环境中其它设备的抗干扰能力或称敏感性，二是它对其它产品的电磁骚扰特性。
　　电磁骚扰(Electromagnetic Disturbance——EMI)定义为“任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象”。电磁骚扰可能是电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化。(注：一般意义上的“有用的电磁信号或电磁能量”在电磁兼容领域也有可能被认为是电磁骚扰源。)
　　电磁骚扰的表现形式一般有两种，一是通过导体传播骚扰电压、电流，一是通过空间传播骚扰电磁场。前者称为传导骚扰，后者称为辐射骚扰。例如，电视机的电磁骚扰主要有：对公用电网的无线电骚扰和低频骚扰(如注入谐波电流)、对公用电视天线系统的骚扰、向空间辐射的电磁场等。
　　抗扰度(Immunity to a Disturbance)定义为“装置、设备或系统面对电磁骚扰不降低运行性能的能力”。电磁敏感性(Electromagnetic Susceptibility——EMS)定义为“在存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统不能避免性能降低的能力”。实际上，抗扰度与敏感性都反映的是对电磁骚扰的适应能力，仅仅是从不同的角度而言，敏感性高即意味着抗扰度低。对应电磁骚扰的两种表现形式，设备对电磁骚扰的抗扰性也同样分为传导抗扰性和辐射抗扰性。
　　电磁干扰(Electromagnetic InteRFerence)是指“电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降”。对比电磁骚扰的定义，可知电磁干扰与之在概念上的区别。存在电磁骚扰但不一定形成电磁干扰，如果骚扰电平较低的话。
　　电磁骚扰即可能是人为有意识产生的，也可能是人为但无意识产生的，还有可能是自然界固有的，比如雷电、地极磁场、磁铁矿藏、宇宙射电噪声等等。
　　其实电磁干扰的问题或现象普遍存在。如雷电对家用电器的破坏，使用电吹风或电动工具对电视收看的影响、移动电话与有线电话间的串扰、电网电压波动对计算机的运行可靠性的影响等等。电磁干扰造成的损失可能是非常巨大的。如因静电、雷电每年给全球造成的经济损失可达数亿美元。民航客机上禁用个人电子设备，也是出于对电磁干扰的预防。
　　电磁干扰的产生必然具备三个基本要素：电磁干扰源、敏感设备和电磁能量传播通道。理论上讲，改善其中之一即可防止电磁干扰的产生，实现电磁兼容。但在电磁兼容的实际质量控制工作中，只有对三要素进行综合考虑再对个别项目做重点处理才是经济可行的。

　　二、电磁兼容标准及组织 kg+"Ta[9
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　　1、国际标准——IEC/CISPR标准
　　国际上一些技术研究组织和管理协调机构，如国际电信联盟、国际大电网工作会议、国际电工委员会(IEC)及无线电干扰特别委员会(CISPR)等等，即从事电磁兼容的协调、管理和技术标准的制定。IEC下属的TC77组织主要负责制订和维护电磁环境标准、电磁兼容基础标准、较低频率范围和电磁脉冲的电磁兼容标准，而CISPR主要负责制订和维护有关电磁兼容的产品标准及较高频率范围的电磁兼容标准。
　　2、欧盟标准——EN标准
　　欧洲电工标准化委员会(CENELEC)与IEC/CISPR关系密切，其过去颁布的标准经常是引用IEC/CISPR标准。但现在也出现这种情况，即其新制订或修订的EN标准影响IEC/CISPR标准。当然两者一般基本上能达到同步。由此可见欧洲电磁兼容标准在国际上的地位及影响力。
　　3、美国FCC法规及ANSI标准
　　美国联邦通信委员会FCC制订的法规FCC Rules(即联邦规章法典第47卷–CFR 47)也涉及电磁兼容——主要是电磁发射方面的限制要求。而美国电气和电子工程师协会(IEEE)也制定了一系列电磁兼容标准，而且在国际上影响很大，如ANSI C63.4，它也是FCC电磁发射测量的技术依据。
　　4、中国国家标准——GB、GB/T及GB/Z标准
　　中国的标准化工作正在积极与国际接轨，包括标准接轨、规范程序协调、承担国际义务和国际互认。近些年我国制订或修订的电磁兼容标准一般都等同或等效于IEC/CISPR标准。现已发布实施的电磁兼容国家标准有三类：字头为GB的强制性标准，GB/T推荐性标准，GB/Z指导性专业标准。
　　5、几个重要的电磁兼容标准对照表

　　三、欧美国家电磁兼容性质量管理简介 '2v,!G]^
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　　经济发达国家和地区对电磁兼容问题都较为重视，政府甚至采取立法和认证程序来管理相关产品的电磁兼容性能，对不符合者采取非常严厉的处罚行动。欧盟的“CE EMC”指令和美国的FCC法规的对世界的影响尤为深远。
　　1、欧盟CE EMC指令
　　欧盟89/336/EEC EMC指令要求从1996年开始，凡欲进入欧共体市场的电子、电器和相关产品一定要符合有关电磁兼容标准要求，并在产品上粘贴符合性标记“CE”。(注：在有关产品使用“CE”标志，除电磁兼容指令外，还应符合相应的“LVD”低电压指令等所有相关指令的要求)。欧盟对有关产品的电磁兼容性要求一般包括电磁骚扰和抗扰度两个方面的内容。
　　2、美国FCC要求
　　FCC目前对有关产品的要求主要是电磁骚扰特性。FCC Part15、Part18、Part68分别是关于射频设备(含广播接收机、数字设备等)、工-科-医射频设备和通信设备的电磁骚扰特性的限制要求。

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四、中国电磁兼容的质量管理及电磁兼容认证-中国强制认证(3C认证)
　　3c认证制度已于2002年5月1日起启动。对于列入第一批3C强制认证目录的产品，从2002年5月1日起，有关认证部门开始受理认证申请。从2003年5月1日起，对于目录中的产品，若未获得3C认证将不得出厂、进口和销售。承担3C认证业务的机构有中国质量认证中心(CQC)和中国电磁兼容认证中心(CEMC)。
　　对于未列入第一批强制认证的产品，有关部门将根据情况开展自愿认证。这项工作目前已经进入起步阶段。
　　五、电磁兼容检测的主要项目
　　1、电源端子骚扰电压。主要是考核产品对公用电网的干扰。测量在电源线的火线和零线上分别进行。
　　2、其它端子骚扰电压或骚扰电流。这些端子一般包括电信端口、有线广播端口和负载端口。
　　3、辐射骚扰场强及骚扰功率。
　　有关产品工作时，经常会通过其外壳或连接线向空间辐射电磁波。过量的电磁污染可能会干扰无线广播、通讯，可能导致信息技术和控制设备工作失灵，甚至还可能会影响到导航和拯救等重要系统正常运行。
　　4、静电放电抗扰度
　　5、射频电磁场抗扰度
　　6、电快速瞬变脉冲群抗扰度
　　7、冲击(雷击浪涌)抗扰度
　　8、由射频场感应的传导干扰抗扰度
　　9、磁场(含工频磁场和脉冲磁场)抗扰度
　　10、电源电压跌落、瞬时中断及电压变化抗扰度
　　11、谐波电流
　　12、电压闪烁和波动
　　(注：以上所有检验项目一般都包含在CE认证检验中。但只有项目1、2、3、11是目前3C认证常规的EMC检验项目，而项目4、6等仅对部分产品有要求)

　　六、电磁兼容检测方法及仪器、场地要求 mst-:F[h
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　　无线电骚扰测试用的主要仪器有：电磁骚扰测量接收机、功率吸收钳、人工电源网络、测试天线等等。
　　电磁骚扰测试接收机应有准峰值和平均值两种检波方式。标准规定在不同的测量频率范围，测试接收机应采用特定的(分段不同)分辨率带宽。因为被测骚扰噪声可能是宽带的，选择不同的分辨率带宽对测量结果影响较大。
　　人工电源网络可以向被测设备提供稳定的符合特定值的电源阻抗，相当于一个取样电阻，通过它把被测设备注入电网的干扰电压(实际是电流)采样以送到骚扰测试接收机。另外它一般还具备对公用电网电源的滤波作用，并可向被测设备供电。在不宜使用人工电源网络时，则使用电压探头或电流探头来替代。
　　功率吸收钳用来测量通过电源线或其它连接线的骚扰功率，它实际上是一个高频电流感应器。骚扰功率测量一般只在家用电器等设备上进行。
　　天线是测量辐射骚扰场强的基本工具。按照标准要求，在测量过程中，一般要求天线在一定范围内升降，并要分别垂直和水平极化。被测设备应按照一般使用时情况进行布置，并在不同角度朝向接收天线。测试记录最不利的情况下的骚扰值。
　　传导抗扰度测试使用特定参数的模拟器，如静电放电模拟器、电快速瞬变模拟器、浪涌脉冲发生器、电源电压波动模拟器、射频信号发生器等。实际测试过程中还经常需要使用耦合/去耦网络。辐射抗扰度测试使用信号发生器、发射天线、场强监视仪等。
　　一般来说，传导测量在屏蔽室进行，辐射测量在开阔测试场地或电波暗室进行。辐射骚扰测试的理想测试场地是开阔测试场，而半电波暗室是开阔场地的替代场，但因其良好的电磁特性而得到广泛应用。辐射抗扰度测试多在全电波暗室或TEM小室内进行。

　　七、电磁兼容设计的基本方法和设计要点 qVx4 t"%L>
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　　统计资料显示，电子电器产品若在初始设计阶段未对其电磁兼容性给予充分的考虑并采取必要的措施，那么其电磁兼容性合乎标准要求的可能性不足30%。而且一般地说，在产品研制、试制和生产几个阶段，电磁兼容问题考虑和解决得越早越好。这就要求研发人员应掌握一定的电磁兼容设计知识，并将其应用在产品研制阶段。
　　电磁兼容设计包括电磁干扰抑制和防护两大方面。
　　电磁兼容设计的基本方法一般有三种：问题解决法、规范法和系统法。问题解决法是过去应用较多的方法。它就是在发现产品在检测中出现问题后进行改进。这种方法虽然具有针对性，但很可能导致成本上升，并影响产品及早上市。规范法即在产品开发阶段就按照有关电磁兼容标准规范的要求进行设计，使产品可能出现的问题得到早期解决。系统法是近些年兴起的一种设计方法，它在产品的初始设计阶段对产品的每一个可能影响产品电磁兼容性的元器件、模块及线路建立数学模型，利用辅助设计工具对其电磁兼容性进行分析预测和控制分配，从而为整机产品满足要求打下良好基础。当然，无论是规范法或是系统法设计，其有效性都应是以最后产品或系统的实际运行情况或检验结果为准则，必要时还是需要结合问题解决法才能完成设计目标。
　　电磁兼容设计的内容包括：①分析设备或系统所处的电磁环境和要求，正确选择设计的主攻方向；②精心选择产品所使用的频率；③制定电磁兼容性要求和控制计划；④对元器件、模块、电路采取合理的干扰抑制和防护技术。
　　电磁兼容设计的主要参数有：限额值、安全裕度和费效比。
　　解决电磁兼容问题，一般可采取接地技术、滤波和吸收技术、屏蔽和隔离技术等技术。接地属于线路设计的范畴，对产品电磁兼容性有着至关重要的意义。可以说，合理的接地是最经济有效的电磁兼容设计技术。滤波是抑制传导干扰最直接有效的办法。另外，由于良好的滤波抑制了干扰源的泄漏，所以也利于解决辐射干扰方面的问题。对于瞬态脉冲干扰，最有效的办法则是使用脉冲吸收技术。屏蔽是抑制辐射干扰的有效办法。应用时应注意，屏蔽措施经常要与滤波和接地共同使用才能发挥作用。屏蔽可理解为隔离的一种方法，但隔离所包含的内容不止于此，它还包括位置的远离和传导干扰路径的切断(如使用光电耦合器切断地环路干扰)等。目前，市场上有大量的电磁干扰对策元器件可供选择，使用很方便，但也会增加产品成本。其实，一个产品若在设计阶段注意选择合理的元器件，并优化线路和结构布局，必要时再加上适当的屏蔽和滤波等措施，那么其电磁兼容性能便不会存在大的问题。
　　电磁兼容设计的要点：
　　1)抑制电磁骚扰源
　　尽量去掉对设备工作用处不大的潜在骚扰源，减少骚扰源的个数；恰当选择元器件和线路的工作模式，尽量使设备工作在特性曲线的线性区域，以使谐波成分降低；对有用的电磁发射或信号输出也要进行功率限制和频带控制；合理选择发射天线的类型和高度，不盲目追求覆盖面积和信号强度；合理选择数字信号的脉冲形状，不盲目追求脉冲的上升速度和幅度；控制电弧放电，尽量选用工作电平低的、有触点保护的开关或继电器，选择加工精密的电机；应用良好的接地来抑制接地干扰、地环路干扰和高频噪声。
　　2)抑制干扰耦合
　　把携带电磁噪声的元件和导线与连接敏感元件的连接线在空间上隔离；缩短干扰耦合路径，宜使携带高频信号或噪声的导线尽量短，必要时使用屏蔽线或加屏蔽套；注意布线和结构件的天线效应，对通过电场耦合的辐射骚扰，尽量减少电路的阻抗，而对磁场耦合的辐射，则尽量增加电路的阻抗；应用屏蔽等技术隔离或减少辐射路径的电磁骚扰；应用滤波器、脉冲吸收器、隔离变压器和光电耦合器等滤除或减少传导途径的电磁骚扰。
　　3)提高抗扰度对于电磁骚扰源的各种抑制措施，多数也同样适用于提高设备的抗扰度。此外对敏感设备，在设计中尽量少用低电平器件，也不盲目选择高速器件，去掉那些不十分需要的敏感部件，适当控制输入灵敏度，等等。

文章出自: 世科网

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