电子产品EMC测试项目及相关电路介绍

1、培训资料 电子产品EMC测试项目及相关电路介绍一、 电磁兼容现象及基本理论电磁兼容 ( 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。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

2、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

3、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。电磁干扰的产生必然具备三个基

4、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。辐射干扰及传导干扰标准GB 4824-2004 工业、科学和医疗(ISM)射频设备电磁骚扰特性限值和测量方法GB 9254 -1998 信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法电源端子的传导骚扰限值电磁骚扰可以通过设备的电源端子传导发射，造成电网的污染。因此，电磁兼容标准中对电源端子的传导骚扰发射进行了限制，这就是电源端子传导发射限值。辐射发射骚扰限值 信息设备在工作时会向空间辐射电磁波，这构成

5、了对其它设备的骚扰，特别是对无线接收设备的影响很大。三、 常用的抗扰度试验标准基础标准：IEC61000-4 系列 ，GB/T17626 系列静电放电抗干扰试验IEC61000 4 2( GB/T17626.2 )静电放电的起因静电放电的起因有多种，但IEC61000 4 2( GB/T17626.2 )主要描述在低湿度情况下，通过摩擦等因素，使人体积累了静电。当带有静电的人与设备接触时，就可能产生静电 放电。静电的产生与危害静电放电是一种自然现象，当两种不同介电强度的材料相互摩擦时，就会产生静电电荷，当其中一种材料上的静电荷积累到一定程度，在与另外一个物体接触时，就会通过这个物体到大地的阻抗

6、而进行放电。静电放电抗扰度试验实际的静电放电是一个极其复杂的过程，它不仅与材料，物体形状和放电回路的电阻值有关，而且在放电时往往还涉及到非常复杂的气体击穿过程，因而 ESD是一很难重复的随机过程。静电放电可能产生的如下后果：（ 1）直接通过能量交换引起半导体器件的损坏。（ 2）放电所引起的电场与磁场变化，造成设备的误动作。放电方式直接放电（直接对设备的放电）：接触放电为首选形式；只有在不能用接触放电的地方1.3 试验的严酷度等级等级接触放电（kV）气隙放电（kV）1级 2级 3级 4级2 4 6 82 4 8 15等级的选择取决于环境等因素，但对具体的产品来说，往往已在相应的产品或产品族标准中

7、加以规定。射频辐射电磁场的抗扰度试验IEC61000 4 3（GB/T17626.3）造成射频辐射的起因射频辐射电磁场对设备的干扰往往是由设备操作、维修和安全检查人员在使用移动电话时所产生的，其他如无线电台、电视发射台、移动无线电发射机和各种工业电磁辐射源（以上属有意发射），以及电焊机、晶闸管整流器、荧光灯工作时产生的寄生辐射（以上属无意发射） ，也都会产生射频辐射干扰。2.2 试验的严酷度等级等级试验场强/V m 1123 X1310待定电快速瞬变脉冲群的抗扰度试验IEC61000 4 4（ GB/T17626.4）1电快速瞬变脉冲群的起因及后果电路中，机械开关对电感性负载的切换，通常会对同

8、一电路的其他电气和电子设备产生干扰。这类干扰的特点是：脉冲成群出现、脉冲的重复频率较高、脉冲波形的上升时间短暂、单个脉冲的能量较低。实践中，因电快速瞬变脉冲群造成设备故障的机率较少，但使设备产生误动作的情况经常可见，除非有合适的对策，否则较难通过。2 试验的严酷度等级等级电源线上（kV）信号线上(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. 浪涌的抗扰度试验IEC61000 4 5（ GB/T17626.5）1浪涌的起因1）雷击（主要模拟间接雷）：例如，雷电击中户外线路，有大量电流流入外部线路或接地

9、电阻，因而产生的干扰电压；又如，间接雷击（如云层间或云层内的雷击）在线路上感应出的电压或电流；再如，雷电击中了邻近物体，在其周围建立了电磁场，当户外线路穿过电磁场时，在线路上感应出了电压和电流；还如，雷电击中了附近的地面，地电流通过公共接地系统时所引入的干扰。2）切换瞬变：例如，主电源系统切换时（例如补偿电容组的切换）产生的干扰；又如，同一电网中，在靠近设备附近有一些较大型的开关在跳动时所形成的干扰；再如，切换有谐振线路的晶闸管设备；还如，各种系统性的故障，例如设备接地网络或接地系统间产生的短路或飞弧故障。2试验的严酷度等级等级线 线（kV）线 地（kV）1 2 3 4 X 0.5 1.0 2

10、.0 0.5 1.0 2.0 4.0 待定5. 由射频场感应所引起的传导骚扰IEC61000 4 6（ GB/T17626.6）1传导骚扰的起因在通常情况下，被干扰设备的尺寸要比干扰频率的波长短得多，而设备的引线（包括电源线、通信线和接口电缆等）的长度则可能与干扰频率的几个波长相当，这样，这些引线就可以通过传导方式（最终以射频电压和电流所形成的近场电磁骚扰在设备内部）对设备产生干扰。模拟试验的频率范围为150kHz 80MHz，试验中要用1kHz的正弦波进行幅度调制，调幅深度为 80。4试验的严酷度等级等级试验电压 /V1 2 3 X1 3 10 待定6. 电压跌落、短时中断和电压渐变的抗扰度

11、试验IEC61000 4 11（ GB/T17626.11）1干扰的起因电压瞬时跌落、短时中断是由电网、变电设施的故障或负荷突然出现大的变化所引起的。在某些情况下会出现两次或更多次连续的跌落或中断。电压变化是由连接到电网的负荷连续变化引起的。这些现象本质上是随机的，其特征表现为偏离额定电压并持续一段时间。电压瞬时跌落和短时中断不总是突发的，因为与供电网络相连的旋转电机和保护元件有一定的反作用时间。如果大的电源网络断开（一个工厂的局部或一个地区中的较大范围），电压将由于有很多旋转电机连接到电网上使之逐步降低。因为这些旋转电机短期内将作为发电机运行，并向电网输送电力，这就产生了电压渐变。作为大多数

12、数据处理设备，一般都有内置的断电检测装置，以便在电源电压恢复以后，设备按正确方式起动。但有些断电检测装置对于电源电压的逐渐降低却不能快速作出反应，结果导致加在集成电路上的直流电压，在断电检测装置触发以前已降低到最低运行电压水平之下，由此造成了数据的丢失或改变。这样，当电源电压恢复的时候，这个数据处理设备就不能正确再起动。2 3个专门的术语1）电压瞬时跌落指在电气系统的某一点，电压突变下降，在经历了半个周期到几秒钟的短暂持续期后，又恢复正常。2）短时中断指供电电压消失一段时间，一般不超过1min 。短时中断可认为是100的幅值瞬时跌落。3） 电压渐变指供电电压逐渐变得高于或低于额定电压，变化的持

13、续时间相对周期来说，可长可短。6 3试验的电压等级试验等级电压跌落和短时中断（ ）持续时间（周期）0 UT 40 UT 70 UT100 60 300.5,1,5,10,25,50X电压渐变的试验等级试验等级下降时间保持时间上升时间40 UT 0 UT2s 202s 201s 201s 202s 202s 20四、 电磁兼容设计的基本方法和设计要点电磁兼容设计包括电磁干扰抑制和防护两大方面。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。合理的接地是最经济有效的电磁兼容设计技术。接地的目的一是防电击, 一是

14、去除干扰。可将接地分为两大类 : 安全接地、信号接地。滤波是抑制传导干扰最直接有效的办法，是抑制和防止干扰的一项重要措施。滤波器可以显著地减小传导干扰的电平, 因为干扰频谱成份不等于有用信号的频率, 滤波器对于这些与有用信号频率不同的成份有良好的抑制能力, 从而起到其它干扰抑制难以起到的作用。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。屏蔽能有效地抑制通过空间传播的电磁干扰。采用屏蔽的目的有两个: 一是限制内部的辐射电磁能越过某一区域; 二是防止外来的辐射进入某一区域。应用时应注意，

15、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。五、 器件介绍电源与信号防护器件：TVS管、气体放电管、半导体放电管TVS管：瞬态抑制二极管气体放电管主要应用在AC电源、DC电 源接口、485电路、视频接口、XDSL、以太网接口等需要防雷保护的接口。EMI抑制器：磁珠、差模电感、共模电感 用于信号与电源接口滤波磁珠特性? 铁氧体磁珠是目前应用发展很快的一种抗干扰器件，廉价、易用，滤除高频EMI噪声，效果显着。? 磁珠等效于电阻和电感串联，但电阻值和电感值都随频率变化。比普通的电感有更好的高频滤波特性，在高频时呈现阻性，所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗，从而提高高频滤波效果。磁珠主要参数阻抗Z100MHz (ohm)；直流电阻DC Resistance (m ohm) ；额定电流Rated Current (mA) 。磁珠选用? 磁珠在低频端几乎没有任何阻抗，只有在高频时候才会表现很高很宽带宽的阻抗。故而一般在抑制高频干扰时