概述
電磁兼容性或電磁兼容(英語:Electromagnetic Compatibility,簡稱EMC)是在電學(xué)中研究意外電磁能量的產(chǎn)生、傳播和接收,以及這種能量所引起的有害影響。電磁兼容的目標(biāo)是在相同環(huán)境下,涉及電磁現(xiàn)象的不同設(shè)備都能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn),而且不對(duì)此環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生難以忍受的電磁干擾之能力。
為了取得以上目標(biāo),電磁兼容主要包含以下問題:“發(fā)射”(emission)問題,即減少意外電磁能量的產(chǎn)生和抑制這種能量向外部環(huán)境傳播;“易感性”(susceptibility)問題,即在電磁干擾存在的情況下如何正常運(yùn)轉(zhuǎn)電子和電氣設(shè)備。因此電磁相容含蓋電磁干擾(EMI,Electromagnetic Interference)和電磁耐受性(EMS,Electromagnetic Susceptibility);EMI為電磁場伴隨著電壓、電流的作用而產(chǎn)生,EMS為產(chǎn)品在使用過程中不受周遭電磁環(huán)境影響的能力。
當(dāng)研究導(dǎo)向結(jié)構(gòu)(如電線、電纜、印刷電路板線路)的電磁干擾傳播問題時(shí),需要考慮“傳導(dǎo)的”(conducted)發(fā)射和易感性問題;相反地,研究開放空間電磁干擾的傳播問題時(shí),則需要考慮“輻射的”(radiated)發(fā)射和易感性問題。
歷史
過去在軍事領(lǐng)域之外,對(duì)于電磁兼容性的研究并不嚴(yán)謹(jǐn),而且大多數(shù)設(shè)備制造商并不關(guān)心電磁兼容性問題。但隨著使用更低信號(hào)電壓的現(xiàn)代數(shù)字設(shè)備的時(shí)鐘頻率迅速增高,電磁兼容性問題變得越來越重要。許多國家意識(shí)到這個(gè)凸現(xiàn)的問題,并對(duì)相關(guān)設(shè)備制造商頒布了政令,要求只有滿足基本條件的設(shè)備才能夠銷售。
各國的相應(yīng)的組織機(jī)構(gòu)開始制定標(biāo)準(zhǔn)并維護(hù)政府指令,其中較為知名的國家組織有:美國的FCC、歐洲的CEN、CENELEC和ETSI及英國的BSI。還有眾多國際組織致力于“推進(jìn)各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化問題的國際合作”,當(dāng)然也包含電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。
其中最重要國際組織是國際電工委員會(huì)(International Electrotechnical Commission,IEC),它擁有多個(gè)電磁兼容性問題的全職分會(huì)。在IEC中協(xié)調(diào)這些分會(huì)的是ACEC,電磁兼容性問題的顧問委員會(huì)。
干擾的形成
干擾源與受干擾源
無論何種情況下電磁相容的問題出現(xiàn)總是存在兩個(gè)互補(bǔ)的方面:
一個(gè)是干擾發(fā)射源和一個(gè)為此干擾敏感的受干擾設(shè)備。
如果一個(gè)干擾源與受干擾設(shè)備都處在同一設(shè)備中稱為系統(tǒng)內(nèi)部的EMC 情況。
不同設(shè)備間所產(chǎn)生的干擾狀況稱為系統(tǒng)間的EMC 情況。
大多數(shù)的設(shè)備中都有類似天線的特性的零件如電纜線、PCB 布線、內(nèi)部配線、機(jī)械結(jié)構(gòu)等這些零件透過電路相耦合的電場、磁場或電磁場而將能量轉(zhuǎn)移。
實(shí)際情況下設(shè)備間和設(shè)備內(nèi)部的耦合受到了屏蔽與絕緣材料的限制而絕緣材料的吸收與導(dǎo)體相比的影響是微不足道的。
電纜線對(duì)電纜線的耦合既可以是電容性也可以是電感性并且取決于方位、長度及接近程度的影響。
公共阻抗的耦合
公共阻抗耦合線路是干擾源與受干擾設(shè)備共用電路阻抗所引起的。
公共導(dǎo)線也因兩個(gè)電流環(huán)之間的互感而引起或因兩個(gè)電壓節(jié)點(diǎn)之間的互容耦合而引起。
對(duì)于傳導(dǎo)性的公共阻抗耦合的解決是將連接線分離使系統(tǒng)各自獨(dú)立避免形成公共阻抗。
發(fā)射
來自PCB 的發(fā)射:在大多數(shù)設(shè)備中主要的電流源是流入PCB 板上的電路中這些能量借由PCB 板所模擬成的天線而將干擾輻射出去。
來自電纜線的幅射:干擾電流以共模形式產(chǎn)生于在PCB 和設(shè)備內(nèi)部其他位置形成的對(duì)地噪聲并沿著導(dǎo)體或者屏蔽電纜的屏蔽層流動(dòng)。
傳導(dǎo)發(fā)射:干擾也可能從其他電纜以感性或容性方式偶合到電纜線上。
產(chǎn)生的干擾可能以差模(在火線與中線或在信號(hào)線之間)或共模(在火線/中線/信號(hào)線與接地間)或者以二者的混合形式出現(xiàn)。
對(duì)于電源部埠需要測量每一個(gè)相線/中線與在電源電纜遠(yuǎn)端地之間的電壓。
差模發(fā)射通常與來自電源的低頻開關(guān)噪聲聯(lián)系在一起。
共模發(fā)射則是由于更高頻率的開關(guān)元件、內(nèi)部電路源或電纜的內(nèi)部偶合引起的。
電路的分布電容分布廣泛。若沒有屏蔽物體的話,取決于與其他物體接近的程度。由于周圍環(huán)境有較高的電容,部分屏蔽的機(jī)殼實(shí)際上會(huì)使耦合更加嚴(yán)重惡化。
EMI、EMC和EMS的異同
1、EMC 包括EMI(interference)和EMS(susceptibility),也就是電磁干擾和電磁抗干擾。
2、EMI,電磁干擾度,描述電子、電氣產(chǎn)品的正常工作;
EMI又包括傳導(dǎo)干擾CE(conduction emission)和輻射干擾RE(radiation emission)以及諧波harmonic。
電磁干擾(Electromagnetic Interference),簡稱EMI,有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾主要是電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號(hào)通過導(dǎo)電介質(zhì)或公共電源線互相產(chǎn)生干擾;輻射干擾是指電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號(hào)通過空間耦合把干擾信號(hào)傳給另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)或電子設(shè)備。為了防止一些電子產(chǎn)品產(chǎn)生的電磁干擾影響或破壞其它電子設(shè)備的正常工作,各國政府或一些國際組織都相繼提出或制定了一些對(duì)電子產(chǎn)品產(chǎn)生電磁干擾有關(guān)規(guī)章或標(biāo)準(zhǔn),符合這些規(guī)章或標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品就可稱為具有電磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。電磁兼容性EMC標(biāo)準(zhǔn)不是恒定不變的,而是天天都在改變,這也是各國政府或經(jīng)濟(jì)組織,保護(hù)自己利益經(jīng)常采取的手段。
3、EMS,電磁抗干擾度,描述一電子或電氣產(chǎn)品是否會(huì)受其周圍環(huán)境或同一電氣環(huán)境內(nèi)其它電子或電氣產(chǎn)品的干擾而影響其自身的正常工作。
EMS又包括靜電抗干擾ESD,射頻抗擾度RS,電快速瞬變脈沖群抗擾度EFT,浪涌抗擾度Surge,電壓暫降抗擾度Voltage DIP and Interrupt,等等相關(guān)項(xiàng)目。
EMC 對(duì)策
由于微電腦的依存度正不斷提高,設(shè)備的大量使用,復(fù)雜了我們的電磁環(huán)境,因此外來的干擾如脈沖噪聲、放射電磁場、靜電、雷擊、電壓變動(dòng)等,所引發(fā)的誤動(dòng)作產(chǎn)生當(dāng)機(jī)甚至破壞的情形,如無線電的通訊、雷達(dá)、大哥大、電視游樂器⋯⋯等,往往干擾到電視,甚至于造成醫(yī)療器材使用中的誤動(dòng)作,影響到飛航的安全。
國際上對(duì)于電子、電器、工業(yè)設(shè)備產(chǎn)品的抗擾性測試日漸重視,且趨向整合以IEC(International Electrotechnical Commission)國際規(guī)格為測試標(biāo)準(zhǔn),歐 洲共同體率先制定EMC防治法規(guī),于1996 年起全面實(shí)施抗擾測試。
電源方面
三相入力電源在NFB 與變壓器間裝噪聲濾波器(Noise Filter),此濾波器的輸入線愈短愈好。
電源及大電流導(dǎo)線緊貼電氣箱之底部,并沿著邊角布線。
開關(guān)式電源供應(yīng)器加裝隔離罩以防輻射性發(fā)射干擾,濾波器選用器選用π型或T 型可抑制寬波段噪聲,陶鐵磁體(Ferrite)材質(zhì)可抑制射頻噪聲。
電源線兩端考慮采隔離接地,以免接地回路(Ground Loop)形成共同阻抗耦合(Common Impedance Coupling)將噪聲耦合至信號(hào)線。
電源線與信號(hào)線盡量采用隔離或分開配線。
電源變壓器應(yīng)加隔離(Shielding),外殼須接地良好。
單相AC 控制線建議采用絞線。
直流導(dǎo)線建議使用絞線來配線。
避免將電源與信號(hào)線接至同一接頭。
信號(hào)線方面
信號(hào)輸入線與輸出線應(yīng)避免排在一起造成干擾。
應(yīng)將CABLE剩余不用之線單端接地,以避免形成感應(yīng)回路。
接近電源線附近的信號(hào)線考慮采用撚合(Twist)。
不同類別的信號(hào)線避免混雜接在一個(gè)連接頭上,宜按類別分類并加地線隔離。
輸入信號(hào)線與輸出線盡量避免同在一個(gè)接頭上,如不能避免時(shí)應(yīng)將輸入與輸出信號(hào)錯(cuò)開。
敏感性較高之低準(zhǔn)位信號(hào)線,除采用絞線外可加隔離遮蔽。
類比信號(hào)方面
高頻的類比信號(hào)及脈波信號(hào)線建議采用隔離線。
高頻類比信號(hào)線采用同軸式隔離線,低頻之類比信號(hào)線采用絞線,必要時(shí)可外加隔離遮蔽,絕不可使用同軸隔離線。
連接頭安裝位置須清潔處理,接頭及金屬面的接觸電阻須小于2.5m歐姆。
類比電路干擾以波形失真為主,抑制方法主要在濾波器選用的特性,例如;帶寬、頻率響應(yīng)值。
類比信號(hào)線與數(shù)位排線必須相互垂直。
數(shù)位信號(hào)
避免使用未隔離遮蔽的導(dǎo)線來傳送數(shù)位信號(hào),宜使用多股絞線外加隔離線。
數(shù)位電路干擾以外在磁場干擾為主,應(yīng)加隔離措施。
數(shù)位電路易受高能電場干擾,須使用隔離線隔離,以能防止1∼10MHz頻段之高能電場200V/m 干擾為最佳隔離選擇。
數(shù)位電路以抑制鄰近電路脈波與尖波(Spikes)干擾為主。
數(shù)位電路傳送避免使用過長且未加隔離之導(dǎo)線。
電路設(shè)計(jì)方面
具干擾性的回路,如時(shí)脈、驅(qū)動(dòng)器、交換式電源的ON和OFF、振蕩器式控制信號(hào),應(yīng)加隔離遮蔽。
各型PCB電路設(shè)計(jì)盡可能選用低噪聲零組件,且須考慮噪聲變化與環(huán)境溫度變化之關(guān)系。
陶鐵磁體線圈(Ferritecore)適用于高頻濾波,但須注意經(jīng)由此線圈負(fù)載功率損耗。
穩(wěn)壓器須考慮抑制線路間共通阻抗耦合(Common Impedance Coupling)EMI問題。
振蕩器本身輸出越小越好,如須要較大輸出,宜由放大器放大。
功率放大應(yīng)予隔離以防止輻射性發(fā)射。
電解質(zhì)電容器適于清除高漣波(High Ripple)及暫態(tài)電壓(Transient Voltage)變化。
動(dòng)力線的干擾有低壓(或瞬間斷電)超壓及突波,這些干擾通常來自于電力開關(guān)的動(dòng)作、重負(fù)載的開與關(guān)之瞬間、功率半導(dǎo)體動(dòng)作、保險(xiǎn)絲燒斷時(shí)、雷電感應(yīng)…等。
須考慮下述項(xiàng)目來抑制:
使用電源濾波器。
適當(dāng)?shù)碾娏Ψ峙洹?/p>
受干擾的裝置改用另一電路。
將電子零件及濾波器適當(dāng)?shù)陌b。
使用隔離變壓器。
裝置Varistor。
交流電磁接觸器線圈、電磁閥,皆須聯(lián)結(jié)火花消除器。
電磁開關(guān)之熱電驛輸出側(cè)須聯(lián)結(jié)三相火花消除器。
直流繼電器線圈聯(lián)結(jié)二極管,以供反相電壓保護(hù)。
火花消除器距離負(fù)載側(cè)愈近愈好。
把突波吸收器裝于電路開關(guān)和噪聲濾波器之間,線與線間,線與接地之間,將能有效吸收突波。
配電箱設(shè)計(jì)
配電箱采用金屬制,如焊接技術(shù)沒有問題(不會(huì)變形),采用接縫全焊方式,假使無法全焊接合面的空隙盡可能縮小。假使配電箱是用螺絲組立方式,須把接觸的面漆刮掉,以便取得較佳的導(dǎo)電性。
配電箱難免會(huì)開孔來做電纜線的出入口,電波會(huì)通過這些孔就無法通過測試,因此開孔應(yīng)盡可能的縮小,沒有使用到的孔須用金屬做的蓋子蓋起來,金屬與金屬的接觸面漆須刮掉,且須用工業(yè)環(huán)境用的導(dǎo)電墊片。
配電箱的門在關(guān)閉時(shí),和配電箱本體的接觸面,須用工業(yè)環(huán)境用的導(dǎo)電墊片,使其緊密的接觸,如基于成本的考慮可用分布緊湊的間距采用固定式的螺絲鎖緊。
配電箱門須留接地用的端點(diǎn),接地面必須防漆。
內(nèi)容來自百科網(wǎng)