EMC过不了的原因解析

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EMC（ElectromagneTIcCompaTIbility）是电磁兼容，它包括EMI（电磁骚扰）和EMS（电磁抗骚扰）

EMI可分为传导ConducTIon及辐射RadiaTIon两部分，Conduction规范一般可分为：FCCpart15JClassB；CISpR22（EN55022，EN61000-3-2，EN61000-3-3）ClassB；国标IT类（GB9254，GB17625）和AV类（GB13837，GB17625）。FCC测试频率在450K-30MHz，CISpR22测试频率在150K--30MHz，

Conduction可以用频谱分析仪测试，Radiation则必须到专门的实验室测试。

EMI（ElectronicMagneticInterference）电磁干扰，EMI包括传导、辐射、电流谐波、电压闪烁等等。

电磁干扰是由干扰源、藕合通道和接收器三部分构成的，通常称作干扰的三要素。

EMI线性正比于电流，电流回路面积以及频率的平方即：

EMI=K*I*S*F2。I是电流，S是回路面积，F是频率，K是与电路板材料和其他因素有关的一个常数。

EMI是指产品的对外电磁干扰。一般情况下分为ClassA&ClassB两个等级。ClassA为工业等级，ClassB为民用等级。

民用的要比工业的严格，因为工业用的允许辐射稍微大一点。同样产品在测试EMI中的辐射测试来讲，

在30-230MHz下，B类要求产品的辐射限值不能超过40dBm，而A类要求不能超过50dBm（以三米法电波暗室测量为例）相对要宽松的多

开关电源EMC干扰出现的原因

1、开关电路出现的电磁干扰

在开关电源的EMC设计中，工程师首先要避兔的就是从电源的开关电路中所出现的电磁干扰问题，这也是开关电源的重要干扰源之一。开关电路在结构方面重要由开关管和高频变压器组成，因此它出现的du/dt具有较大幅度的脉冲，频带较宽且谐波丰富。电源电压中断会出现与初级线圈接通时相同的磁化冲击电流瞬变，这种瞬变是一种传导型电磁干扰，既会影响变压器的初级，同时还会使传导干扰返回配电系统，造成电网谐波电磁干扰，从而影响其他设备的安全和经济运行。

2、整流电路出现的电磁干扰

在开关电源的EMC设计中，另一个较大的电磁干扰源就是整流电路。在-一些中小型电源的整流电路中，在输出整流二极管截止时都会有一一个反向电流，它恢复到零点的时间与结电容等因素有关。高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过，在其受反偏电压而转向截止时，由于pN结中有较多的载流子积累，因而在载流子消失之前的一段时间里，电流会反向流动，致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化。

3、高频变压器出现的电磁干扰

高频变压器在开关电源的运行过程中也同样会不可防止的出现电磁干扰，在大型电源的产品测试过程中，这一干扰问题尤其常见。高频变压器的初级线圈、开关管和滤波电容构成的高频开关电流环路有时会出现较大的空间辐射，形成辐射干扰，对电源的EMC设计有较大影响。假如电容滤波容量不足或高频特性不好，电容上的高频阻抗会使高频电流以差模方式传导到交流电源中形成传导干扰。

4、分布电容引起的干扰

分布电容在开关电源的设计和EMC产品测试过程中，是一种非常不起眼的电磁干扰源。当开关电源工作在高频状态时，其纷布电容所出现的干扰是非常大的，一方面，散热片与开关管集电极间的绝缘片接触面积较大，且绝缘片较薄。高频电流会通过分布电容流到散热片上，再流到机壳地，此时将会出现共模干扰。另一方面，脉冲变压器的初次级之间存在着分布电容，可将原边电压直接耦合到副边上，在副边作直流输出的两条电源线上出现共模干扰。

开关电源EMC过不了的重要原因

1、熟透电路方可从容进行pCB设计之EMI电路

上面的电路对EMC的影响可想而知，输入端的滤波器都在这里；防雷击的压敏；防止冲击电流的电阻R102（配合继电器减小损耗）；关键的虑差模X电容以及和电感配合滤波的Y电容；还有对安规布板影响的保险丝；这里的每一个器件都至关重要，要细细品味每一个器件的功能与用途。设计电路时就要考虑的EMC严酷等级从容设计，比如设置几级滤波，Y电容数量的个数以及位置。压敏大小数量选择，都与我们对EMC的需求密切相关

二、电路与EMC

上图的电路中打圈几部分：对EMC影响非常重要（注意绿色部分不是的），比如辐射大家都了解电磁场辐射是空间的，但基本的原理是磁通量的变化，磁通量涉及到磁场有效截面积，也就是电路中对应的环路。电流可以出现磁场，出现的是稳定的磁场，不能向电场转化；但变化的电流出现变化的磁场，变化的磁场是可以出现电场（其实这就是有名的麦克斯韦方程我用通俗语言来说），变化的电场同理可出现磁场。所以一定要关注那些有开关状态的地方，那就是EMC源头之一，这里就是EMC源头之一（这里说之一当然后续还会讲到其它方面）；比如电路中虚线环路，是开关管开通和关断的环路，不仅设计电路时开关速度可以调节对EMC影响，布板走线环路面积也有着重要的影响！

三、开关器件与EMC

对器件的认识对EMC也有着重要的意义，比如MOS管，主开关MOS是很重要的EMC源头之一，还有整流管的开通以及关断也会出现高频辐射（原理是电流出现磁场，变化的电流出现电场）；当然这里重要是介绍半导体开关器件，其他的电感变压器就不做说明了；

开关器件什么参数对EMC有重要影响，我们常说快管，慢管是以什么作为参照的呢？我们都了解快管开通损耗小，为了做高效率都喜欢用，但是为了EMC顺利通过，不得不舍弃效率，降低开关速度来减弱开关辐射；

关于MOS管，开通速度是由驱动电阻与输入结电容决定的；关断速度是由输出结电容与管子内阻决定；

参照以上两图，是不同型号的MOS管，比较下输入结电容和输出结电容，2400pF与800pF;780pF与2200pF；一看就了解第一个规格是快管，第二个是慢管，这时候决定开关速度还要与驱动电阻匹配；常规情况驱动电阻在10R-150R比较多，选取驱动电阻与结电容有关，针对快板驱动电阻可适当增大，慢管驱动电阻可适当减小；

关于二极管，有肖特基二极管，快回复二极管，普通二极管，还有一种用的比较少的SIC二极管，开关速度SIC二极管几乎为零，等于是没有反向恢复，开关辐射最小，并且损耗也最小，唯一的缺点就是价格昂贵，故很少用；其次就是肖特基二极管，正向压降低，反向恢复时间短，依次是快回复和普通二极管；要在损耗和EMC之间折中；一般可采取改吸收以及套磁珠等措施整改EMC；

四、EMC之滤波器

滤波器的架构选择对滤波器的影响很重要，在不同场合，滤波器是根据阻抗匹配来达到滤波效果，大家可根据此图的原则参考选取如何滤波；比如最常用的输出整流桥后采用π型滤波以及输出端采用LC滤波器；

滤波器的材质对设计滤波电感也是至关重要，采用不同初始磁导率的材质会在不同频率段起用途，选错材质就完全失去应有的效果；

五、EMC之反激高频等效模型分析

先从最简单的模型理解EMC：

EMC的路径，当然空间辐射是跟环路有关，环路也是路径构造成的；分析出反激高频等效模型，帮助理解EMC形成的机理；我们的测试接收设备会从L，N端接收传导，为了减小接收的干扰，就必须让干扰通过地回路流通而不从L，N端口流向接收设备；这时候我们的EMI电感以及Y电容通过阻抗匹配就可以实现；另外原边的干扰可以通过原副边Y电容，变压器杂散电容以及大地耦合到副边，形成更多的回路；当然一些结电容参数，如MOS管结电容，散热器结电容也能构成流通路径；

电磁干扰的形成：

1.电磁干扰源与受干扰源

无论何种情况下电磁相容的问题出现总是存在两个互补的方面：
一个是干扰发射源和一个为此干扰敏感的受干扰设备。
如果一个干扰源与受干扰设备都处在同一设备中称为系统内部的EMC情况。
不同设备间所产生的干扰状况称为系统间的EMC 情况。
大多数的设备中都有类似天线的特性的零件如电缆线、电路板布线、内部配线、机械结构等这些零件透过电路相耦合的电场、磁场或电磁场而将能量转移。
实际情况下,设备间和设备内部的耦合受到了屏蔽与绝缘材料的限制,而绝缘材料的吸收与导体相比的影响是微不足道的。
电缆线对电缆线的耦合既可以是电容性,也可以是电感性,并且取决于方位、长度及接近程度的影响。

2. 公共阻抗的耦合

公共阻抗耦合线路是干扰源与受干扰设备共用电路阻抗所引起的。
公共导线也因两个电流环之间的互感而引起或因两个电压节点之间的互容耦合而引起。
对于传导性的公共阻抗耦合的解决是将连接线分离使系统各自独立避免形成公共阻抗。

3. 发射

来自电路板的发射：在大多数设备中主要的电流源是流入电路板上的电路中，这些能量借由电路所形成的天线而将干扰辐射出去。
来自电缆线的辐射：干扰电流以共模形式产生于在电路板和设备内部其他位置形成的对地噪声并沿着导体或者屏蔽电缆的屏蔽层流动。
传导发射：干扰也可能从其他电缆以感性或容性方式偶合到电缆线上。
产生的干扰可能以差模在（火线与中线或在信号线之间）或共模（在火线、中线、信号线与接地间）或者以二者的混合形式出现。
对于电源部埠需要测量每一个相线/中线与在电源电缆远端地之间的电压。
差模发射通常与来自电源的低频开关噪声联系在一起。
共模发射则是由于更高频率的开关元件、内部电路源或电缆的内部偶合引起的。
电路的分布电容分布广泛。若没有屏蔽物体的话，取决于与其他物体接近的程度。由于周围环境有较高的电容,部分屏蔽的机壳实际上会使耦合更加严重恶化。

电磁兼容性EMC对策：

由于微电脑的依存度正不断提高，设备的大量使用，使我们的电磁环境复杂化，因此外来的干扰如脉冲噪声、放射电磁场、静电、雷击、电压变动等，所引发的误动作产生当机甚至破坏的情形，如无线电的通讯、雷达、大哥大、电视游乐器等，往往干扰到电视，甚至于造成医疗器材使用中的误动作，影响到飞航的安全。

国际上对于电子、电器、工业设备产品的抗扰性测试日渐重视，且趋向整合以IEC国际规格为测试标准，欧洲共同体率先制定EMC防治法规，于1996年起全面实施抗扰测试。

1. 电磁兼容EMC抑制--电源方面

三相入力电源在NFB（无熔丝断路器）与变压器间装噪声滤波器，此滤波器的输入线愈短愈好。
电源及大电流导线紧贴电气箱之底部，并沿着边角布线。
开关式电源供应器加装隔离罩以防辐射性发射干扰，滤波器选用器选用π型或T 型可抑制宽波段噪声，陶铁磁体材质可抑制射频噪声。
电源线两端考虑采隔离接地，以免接地回路形成共同阻抗耦合而将噪声耦合至信号线。
电源线与信号线尽量采用隔离或分开配线。
电源变压器应加遮蔽，外壳须接地良好。
单相AC 控制线建议采用绞线。
直流导线建议使用绞线来配线。
避免将电源与信号线接至同一接头。

2. 电磁兼容EMC抑制--信号埠连接线方面

信号输入线与输出线应避免排在一起造成串扰干扰。
信号输出入线应避免跨过集成电路板或敏感区域以避免干扰。
连接端口线如有剩余不用之线,需单端接地以避免形成感应回路。
信号线考虑采用绞合/绞线（Twist）,确保有稳定的参考层与线阻抗。
不同工作频率或类比/数位等差异别的信号线避免混杂接在一个连接头上，宜按类别分类并加地线隔离。
输入信号线与输出线尽量避免同在一个接头上，如不能避免时应将输入与输出信号错开。
敏感性较高之低准位信号线，除采用绞线外可加隔离遮蔽。

3. 电磁兼容EMC抑制--模拟信号方面

高频的类比信号及脉波信号线建议采用隔离线。
高频类比信号线采用同轴式隔离线，低频之类比信号线采用绞线，必要时可外加隔离遮蔽，绝不可使用同轴隔离线。
连接头安装位置须清洁处理，接头及金属面的接触电阻须小于2.5m欧姆。
类比电路干扰以波形失真为主，抑制方法主要在滤波器选用的特性，例如；带宽、频率响应值。
类比信号线与数位排线必须相互垂直。

4. 电磁兼容EMC抑制--数字信号

避免使用未隔离遮蔽的导线来传送数位信号，宜使用多股绞线外加隔离线。
数位电路干扰以外在磁场干扰为主，应加隔离措施。
数位电路易受高能电场干扰，须使用隔离线隔离，以能防止1∼10MHz频段之高能电场200V/m干扰为最佳遮蔽选择。
数位电路以抑制邻近电路脉波与尖波干扰为主。
数位电路传送避免使用过长且未加隔离之导线。

5. 电磁兼容EMC抑制--电路设计方面

具干扰性的回路，如时脉、驱动器、交换式电源切换、振荡器式控制信号，应加隔离遮蔽。
电路设计尽可能选用低噪声零组件，且须考虑噪声变化与环境温度变化之关系。
陶铁磁体铁芯适用于高频滤波，但须注意经由此线圈负载功率损耗。
稳压器须考虑抑制线路间共通阻抗耦合问题。
振荡器本身输出越小越好，如须要较大输出，宜由放大器放大。
功率放大应予隔离以防止辐射性发射。
电解质电容器适于清除高涟波及暂态电压变化。
动力线的干扰有低压（或瞬间断电）超压及突波，这些干扰通常来自于电力开关的动作、重负载的开与关之瞬间、功率半导体动作、保险丝烧断时、雷电感应…等。

须考虑下述项目来抑制：

使用电源滤波器。
适当的电力分配。
受干扰的装置改用另一电路。
将电子零件及滤波器适当的包装。
使用隔离变压器。
装置压敏电阻。
交流电磁接触器线圈、电磁阀，皆须联结火花消除器。
电磁开关之热电驿输出侧须联结三相火花消除器。
直流继电器线圈联结二极管，以供反相电压保护。
火花消除器距离负载侧愈近愈好。
把突波吸收器装于电路开关和噪声滤波器之间，线与线间，线与接地之间，将能有效吸收突波。

6. 电磁兼容EMC抑制--配电箱设计

配电箱采用金属制，如焊接技术没有问题（不会变形），采用接缝全焊方式，假使无法全焊接合面的空隙尽可能缩小。假使配电箱是用螺丝组立方式，须把接触的面漆刮掉，以便取得较佳的导电性。
配电箱难免会开孔来做电缆线的出入口，电波会通过这些孔就无法通过测试，因此开孔应尽可能的缩小，没有使用到的孔须用金属做的盖子盖起来，金属与金属的接触面漆须刮掉，且须用工业环境用的导电垫片。
配电箱的门在关闭时，和配电箱本体的接触面，须用工业环境用的导电垫片，使其紧密的接触，如基于成本的考虑可用分布紧凑的间距采用固定式的螺丝锁紧。
配电箱门须留接地用的端点，接地面必须防漆。