電子產(chǎn)品EMC測試項目及相關(guān)電路介紹

1、培訓資料培訓資料電子產(chǎn)品EMC測試項目及相關(guān)電路介紹一、 電磁兼容現(xiàn)象及基本理論電磁兼容（Electromagnetic CompatibilityEMC），其定義是：設(shè)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(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。包括兩個方面，一是它對同一電磁環(huán)境中其它設(shè)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（Electromagnetic DisturbanceEMI）定義為“任何可能引起裝置、設(shè)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

2、的“有用的電磁信號或電磁能量”在電磁兼容領(lǐng)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）、對公用電視天線系統(tǒng)的騷擾、向空間輻射的電磁場等。 抗擾度（Immunity to a Disturbance）定義為“裝置、設(shè)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（Electromagnetic SusceptibilityEMS）定義為“在存在電磁騷擾的情況下，裝置、設(shè)備或系統(tǒng)不能避免性能降低的

3、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(yīng)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(yīng)電磁騷擾的兩種表現(xiàn)形式，設(shè)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（Electromagnetic Interference）是指“電磁騷擾引起的設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)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。 電磁干擾的產(chǎn)生必然具備三個基本要素

4、：電磁干擾源、敏感設(shè)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、 輻射干擾及傳導干擾標準GB 4824-2004 工業(yè)、科學和醫(yī)療(ISM)射頻設(shè)備電磁騷擾特性限值和測量方法GB 9254 -1998 信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限值和測量方法1. 電源端子的傳導騷擾限值電磁騷擾可以通過設(shè)備的電源端子傳導發(fā)射，造成電網(wǎng)的污染。因此，電磁兼容標準中對電源端子的傳導騷擾發(fā)射進行了限制，這就是電源端子傳導發(fā)射限值。2. 輻射發(fā)射騷擾限值信息設(shè)備在工作時會向空間輻射電磁

5、波，這構(gòu)成了對其它設(shè)備的騷擾，特別是對無線接收設(shè)備的影響很大。三、 常用的抗擾度試驗標準基礎(chǔ)標準：IEC61000-4系列 ， GB/T17626系列1. 靜電放電抗干擾試驗IEC6100042（GB/T17626.2）1.1靜電放電的起因靜電放電的起因有多種，但IEC6100042（GB/T17626.2）主要描述在低濕度情況下，通過摩擦等因素，使人體積累了靜電。當帶有靜電的人與設(shè)備接觸時，就可能產(chǎn)生靜電放電。靜電的產(chǎn)生與危害靜電放電是一種自然現(xiàn)象，當兩種不同介電強度的材料相互摩擦時，就會產(chǎn)生靜電電荷，當其中一種材料上的靜電荷積累到一定程度，在與另外一個物體接觸時，就會通過這個物體到大地的阻

6、抗而進行放電。靜電放電抗擾度試驗實際的靜電放電是一個極其復雜的過程，它不僅與材料，物體形狀和放電回路的電阻值有關(guān)，而且在放電時往往還涉及到非常復雜的氣體擊穿過程，因而ESD是一很難重復的隨機過程。靜電放電可能產(chǎn)生的如下后果：（1）直接通過能量交換引起半導體器件的損壞。（2）放電所引起的電場與磁場變化，造成設(shè)備的誤動作。1.2放電方式直接放電（直接對設(shè)備的放電）：接觸放電為首選形式；只有在不能用接觸放電的地方（如表面涂有絕緣層，計算機鍵盤縫隙等情況）才改用氣隙放電。1.3試驗的嚴酷度等級等級接觸放電（kV）氣隙放電（kV）1級 2級 3級 4級2 4 6 82 4 8 15等級的選擇取決于環(huán)境等

7、因素，但對具體的產(chǎn)品來說，往往已在相應(yīng)的產(chǎn)品或產(chǎn)品族標準中加以規(guī)定。2. 射頻輻射電磁場的抗擾度試驗IEC6100043(GB/T17626.3)2.1造成射頻輻射的起因射頻輻射電磁場對設(shè)備的干擾往往是由設(shè)備操作、維修和安全檢查人員在使用移動電話時所產(chǎn)生的，其他如無線電臺、電視發(fā)射臺、移動無線電發(fā)射機和各種工業(yè)電磁輻射源（以上屬有意發(fā)射），以及電焊機、晶閘管整流器、熒光燈工作時產(chǎn)生的寄生輻射（以上屬無意發(fā)射），也都會產(chǎn)生射頻輻射干擾。2.2試驗的嚴酷度等級等級試驗場強/V·m11 2 3 X1 3 10 待定3. 電快速瞬變脈沖群的抗擾度試驗IEC6100044（GB/T17626.

8、4）31電快速瞬變脈沖群的起因及后果電路中，機械開關(guān)對電感性負載的切換，通常會對同一電路的其他電氣和電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。這類干擾的特點是：脈沖成群出現(xiàn)、脈沖的重復頻率較高、脈沖波形的上升時間短暫、單個脈沖的能量較低。實踐中，因電快速瞬變脈沖群造成設(shè)備故障的機率較少，但使設(shè)備產(chǎn)生誤動作的情況經(jīng)?？梢姡怯泻线m的對策，否則較難通過。32試驗的嚴酷度等級等級電源線上(kV)信號線上(5kHz)(kV)1 2 3 4 X0.5(5kHz) 1(5kHz) 2(5kHz) 4(2.5kHz)0.25 0.5 1 2 待定4. 浪涌的抗擾度試驗IEC6100045（GB/T17626.5）41浪涌的起因（

9、1）雷擊（主要模擬間接雷）：例如，雷電擊中戶外線路，有大量電流流入外部線路或接地電阻，因而產(chǎn)生的干擾電壓；又如，間接雷擊（如云層間或云層內(nèi)的雷擊）在線路上感應(yīng)出的電壓或電流；再如，雷電擊中了鄰近物體，在其周圍建立了電磁場，當戶外線路穿過電磁場時，在線路上感應(yīng)出了電壓和電流；還如，雷電擊中了附近的地面，地電流通過公共接地系統(tǒng)時所引入的干擾。（2）切換瞬變：例如，主電源系統(tǒng)切換時（例如補償電容組的切換）產(chǎn)生的干擾；又如，同一電網(wǎng)中，在靠近設(shè)備附近有一些較大型的開關(guān)在跳動時所形成的干擾；再如，切換有諧振線路的晶閘管設(shè)備；還如，各種系統(tǒng)性的故障，例如設(shè)備接地網(wǎng)絡(luò)或接地系統(tǒng)間產(chǎn)生的短路或飛弧故障。42試

10、驗的嚴酷度等級等級線線（kV）線地（kV）1 2 3 4 X 0.5 1.0 2.00.5 1.0 2.0 4.0 待定5. 由射頻場感應(yīng)所引起的傳導騷擾IEC6100046（GB/T17626.6）51傳導騷擾的起因在通常情況下，被干擾設(shè)備的尺寸要比干擾頻率的波長短得多，而設(shè)備的引線（包括電源線、通信線和接口電纜等）的長度則可能與干擾頻率的幾個波長相當，這樣，這些引線就可以通過傳導方式（最終以射頻電壓和電流所形成的近場電磁騷擾在設(shè)備內(nèi)部）對設(shè)備產(chǎn)生干擾。模擬試驗的頻率范圍為150kHz80MHz，試驗中要用1kHz的正弦波進行幅度調(diào)制，調(diào)幅深度為80。54試驗的嚴酷度等級等級試驗電壓/V1

11、2 3 X1 3 10 待定6. 電壓跌落、短時中斷和電壓漸變的抗擾度試驗IEC61000411（GB/T17626.11）61干擾的起因電壓瞬時跌落、短時中斷是由電網(wǎng)、變電設(shè)施的故障或負荷突然出現(xiàn)大的變化所引起的。在某些情況下會出現(xiàn)兩次或更多次連續(xù)的跌落或中斷。電壓變化是由連接到電網(wǎng)的負荷連續(xù)變化引起的。這些現(xiàn)象本質(zhì)上是隨機的，其特征表現(xiàn)為偏離額定電壓并持續(xù)一段時間。電壓瞬時跌落和短時中斷不總是突發(fā)的，因為與供電網(wǎng)絡(luò)相連的旋轉(zhuǎn)電機和保護元件有一定的反作用時間。如果大的電源網(wǎng)絡(luò)斷開（一個工廠的局部或一個地區(qū)中的較大范圍），電壓將由于有很多旋轉(zhuǎn)電機連接到電網(wǎng)上使之逐步降低。因為這些旋轉(zhuǎn)電機短期內(nèi)

12、將作為發(fā)電機運行，并向電網(wǎng)輸送電力，這就產(chǎn)生了電壓漸變。作為大多數(shù)數(shù)據(jù)處理設(shè)備，一般都有內(nèi)置的斷電檢測裝置，以便在電源電壓恢復以后，設(shè)備按正確方式起動。但有些斷電檢測裝置對于電源電壓的逐漸降低卻不能快速作出反應(yīng)，結(jié)果導致加在集成電路上的直流電壓，在斷電檢測裝置觸發(fā)以前已降低到最低運行電壓水平之下，由此造成了數(shù)據(jù)的丟失或改變。這樣，當電源電壓恢復的時候，這個數(shù)據(jù)處理設(shè)備就不能正確再起動。62 3個專門的術(shù)語（1）電壓瞬時跌落指在電氣系統(tǒng)的某一點，電壓突變下降，在經(jīng)歷了半個周期到幾秒鐘的短暫持續(xù)期后，又恢復正常。（2）短時中斷指供電電壓消失一段時間，一般不超過1min。短時中斷可認為是100的幅值

13、瞬時跌落。（3）電壓漸變指供電電壓逐漸變得高于或低于額定電壓，變化的持續(xù)時間相對周期來說，可長可短。63試驗的電壓等級電壓跌落和短時中斷的試驗等級試驗等級電壓跌落和短時中斷()持續(xù)時間（周期）0UT 40UT 70UT100 60 300.5,1,5,10,25,50X電壓漸變的試驗等級試驗等級下降時間保持時間上升時間40UT 0UT2s±20 2s±201s±20 1s±202s±20 2s±20 四、 電磁兼容設(shè)計的基本方法和設(shè)計要點電磁兼容設(shè)計包括電磁干擾抑制和防護兩大方面。解決電磁兼容問題，一般可采取接地技術(shù)、濾波和吸收技術(shù)、

14、屏蔽和隔離技術(shù)等技術(shù)。接地屬于線路設(shè)計的范疇，對產(chǎn)品電磁兼容性有著至關(guān)重要的意義。合理的接地是最經(jīng)濟有效的電磁兼容設(shè)計技術(shù)。接地的目的一是防電擊, 一是去除干擾。可將接地分為兩大類: 安全接地、信號接地。濾波是抑制傳導干擾最直接有效的辦法，是抑制和防止干擾的一項重要措施。濾波器可以顯著地減小傳導干擾的電平, 因為干擾頻譜成份不等于有用信號的頻率, 濾波器對于這些與有用信號頻率不同的成份有良好的抑制能力, 從而起到其它干擾抑制難以起到的作用。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(shù)。屏蔽是抑制輻射干擾的有效辦法。

15、屏蔽能有效地抑制通過空間傳播的電磁干擾。采用屏蔽的目的有兩個: 一是限制內(nèi)部的輻射電磁能越過某一區(qū)域; 二是防止外來的輻射進入某一區(qū)域。應(yīng)用時應(yīng)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(shè)計階段注意選擇合理的元器件，并優(yōu)化線路和結(jié)構(gòu)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。五、 器件介紹1. 電源與信號防護器件：TVS

16、管、氣體放電管、 半導體放電管TVS管：瞬態(tài)抑制二極管氣體放電管主要應(yīng)用在AC電源、DC電 源接口、485電路、視頻接口、XDSL、以太 網(wǎng)接口等需要防雷保護的接口。2. EMI抑制器：磁珠、差模電感、共模電感用于信號與電源接口濾波磁珠特性 鐵氧體磁珠是目前應(yīng)用發(fā)展很快的一種抗干擾 器件，廉價、易用，濾除高頻EMI噪聲，效果 顯著。 磁珠等效于電阻和電感串聯(lián)， 但電阻值和電感值都隨頻率變化。比普通的電感有更好的高頻濾波特性，在高頻時呈現(xiàn)阻 性，所以能在相當寬的頻率范圍內(nèi)保持較高的 阻抗，從而提高高頻濾波效果。磁珠主要參數(shù)阻抗Z100MHz (ohm)； 直流電阻DC Resistance (m ohm)；額定電流Rated Current (mA)。磁珠選用 磁珠在低頻端幾乎沒有任何阻抗，只有在高頻時候才會表現(xiàn)很高很寬帶寬的阻抗。故而一般 在抑制高頻干擾時候大多選擇