电磁兼容EMC设计电磁兼容EMC设计的目的就是想办法使自己设计或

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1、电磁兼容EMC设计电磁兼容EMC设计的目的就是想办法使自己设计或生产的电子设备产生各 种干扰信号的幅度符合别人的要求；同时还要想办法让自己设计或生产的电子设 备在受到其它电子设备产生干扰的情况下还能正常工作。因此，EMC标准一般 都是强制性的。防止电子设备产生传导干扰和辐射干扰最好的方法，是采金属机壳对电磁场 进行屏蔽，以及对电源输入电路用变压器进行隔离，并且还要对变压器也进行静 电感应和磁感应屏蔽。但由于金属机壳比较笨重，并且成本很高，另外 50 周的 电源变压器体积很大，并且对其进行静电感应和磁感应屏蔽也比较麻烦，因此， 这两种方法只有一些要求特别高的场合才会使用，例如：精密测试仪表，对于

2、一 般的普通电器设备，目前已很少使用。在塑料机壳内表面喷涂导电材料也是一种对电磁屏蔽很有效的方法，比如， 在塑料机壳内表面喷涂石墨，对超高频电磁屏蔽效果就非常好，因为，石墨既导 电又有电阻，是吸收电磁波的良好材料，它不容易对电磁波产生反射，并对电磁 波产生衰减作用。如果只从屏蔽效果来比较，石墨对电磁场屏蔽的效果的确不如 导电良好的金属，但金属屏蔽也有缺点，它最大的缺点就是产生电磁波反射，并 使电磁反射波相互迭加，严重时会产生电磁振荡。当被屏蔽干扰信号的波长正好与金属机壳的某个尺寸接近的时候，金属机壳 很容易会变成一个大谐振腔，即：电磁波会在金属机壳内来回反射，并会产生互 相迭加，其工作原理与图

3、13 基本相同。这种情况在电脑机壳内最容易实现，当 电脑机壳的边长正好等于某干扰信号的半个波长，且干扰信号源正好位于电脑机 壳的中央位置的时候，干扰信号很容易就会在机壳内部产生电磁振荡。当某一干 扰信号频率正好在谐振腔中产生谐振的时候，电磁波的能量反而会被加强。被加 强了的干扰信号，一方面会破坏设备自身的正常工作，另一方面干扰信号也会从 金属机壳的裂缝逃逸出去，产生辐射干扰，雷达设备经常使用的裂缝天线就是这 个工作原理。特别指出，电磁波在金属机壳中产生辐射或谐振，与外壳接地或不 接地无关。大多数电器设备传导干扰都是由开关电源引起的，为了提高开关电源的工作 效率，一般都希望开关管导通和关断速度越

4、高越好，即：方波的前、后沿越陡越 好，这样的结果会使开关电源产生的干扰更加严重，要进行抑制更加困难。因此， 在对开关电源进行设计时，不要无条件地追求开关电源的工作效率为越高越好。不管采用什么样的滤波电路来抑制电子设备产生的传导干扰，其主要目的都 是要把图 6 中的 V1、V2、V3 等三个干扰信号的幅度降到最低。例如：要抑制 V1 干扰信号，最有效的方法是在 V1 的两端并联一个电容，由于这个电容连接 的位置比较特殊，需要符合安全标准，因此，一般人们都称他为Y电容；同理， 要抑制V2干扰信号，最有效的方法也是在V2的两端并联一个Y电容。由于Y 电容会引起设备漏电或机客带电，容易危及人身安全，所

5、以这两个 Y 电容都是 属于安全电容，其容量不能大，并且要求耐压很高，否则，机器将会漏电。安全 标准规定，一般在亚热带机器对地漏电电流不能超过0.7mA,在温带机器对地漏 电电流不能超过0.35mA，因此，Y电容的总容量一般都不能超过4700P。特别提示，Y电容为安全电容，必须经过安全检测部门人证过后才能使用。 Y电容的耐压一般都标有安全认证标志和AC250V或AC275V字样，但其真正 的直流耐压高达5000V以上，因此，Y电容不能随便用AC250V，或DC400V 之类的电容来代用。抑制V3干扰信号最有效的方法，同样也是在V3的两端并联一个电容，由 于这个电容连接的位置比较特殊，也需要符合

6、安全标准，因此，一般人们都称他 为X电容。X电容同样也属于安全电容，其容量可以比Y电容大，但必须在X 电容的两端并联一个安全电阻，用于防止电源线拔插时电源线插头长时间带电。 安全标准规定，当正在工作之中的机器电源线被拔掉时，在两秒钟内，电源线插 头两端带电的电压（或对地电位）必须小于原来电压的 30%。X电容也是安全电容，必须经过安全检测部门认证过后才能使用。X电容的 耐压一般都标有安全认证标志和 AC250V 或 AC275V 字样，但其真正的直流耐 压达2000V以上，使用的时候不要随便用AC250V，或DC400V之类的电容来 代用。X 电容一般都选用纹波电流比较大的聚脂薄膜安全电容，这

7、种电容体积一般 都很大，但其允许瞬间充放电的电流也很大，即：内阻比较小。普通电容纹波电 流的指标一般都很小，动态内阻比较大，用普通电容代替 X 电容，除了耐压条 件不能满足以外，一般纹波电流指标也是难以满足要求的。实际上，光靠用Y电容和X电容就想把传导干扰信号完全滤除是不可能的。 因为干扰信号的频谱非常宽，基本覆盖了几十 KHz 到几百 MHz 甚至上千 MHz 的频率范围。对低端干扰信号的滤除需要很大容量的滤波电容，但受到安全条件 的限制， Y 电容和 X 电容的容量都不能用大；对高端干扰信号的滤除，大容量 电容的滤波性能又极差，特别是聚脂薄膜电容的高频性能一般都比较差，因为它 是用卷绕工艺

8、生产的，并且聚脂薄膜介质高频响应特性与陶瓷或云母相比相差很 远，一般聚脂薄膜介质都具有吸附效应，它会降低电容器的工作频率，聚脂薄膜 电容工作频率范围大约都在1MHz左右，超过1MHz其阻抗将显著增加。因此，抑制电子设备产生的传导干扰除了选用Y电容和X电容进行滤波以 外，一般还要同时选用多个电感滤波器一起组合对干扰除进行滤波。电感滤波器 属于低通滤波器，但电感滤波器也有很多种类和无数多种规格，例如有：差模、 共模，以及高频、低频等，每种电感主要都是针对某一小段频率的干扰信号滤除而起作用，对其它频率的干扰信号的滤除起作用不大。因为，电感量很大的电感， 其线圈匝数很多，分布电容也很大，高频信号会通过

9、分布电容旁路掉，另外，导 磁率很高的磁芯，其工作频率也不高。目前，国内大量使用的电感滤波器磁芯的 工作频率大多数都在 75MHz 以下，对于工作频率要求比较高的场合，必须选用 高频环形磁芯，高频环形磁芯导磁率一般都不高，但漏感特别小。图14是根据上面分析而设计的EMC （电磁兼容）滤波电路，EMC滤波电 路如虚线框内所示。图14中，Cl、C2是Y安全电容，其主要作用是对VI、V2进行旁路，VI、 V2属于共模干扰信号，因此Cl、C2的功能主要是对共模干扰信号进行抑制， 同时Cl、C2对V3也有一定的旁路作用，但因两个电容串联起来的容量很小， 因此，其主要功能是高频差模干扰信号进行抑制；C3是X

10、安全电容，其主要作 用是对V3进行旁路，V3属于差模干扰信号，因此，C3的主要功能是对差模干 扰信号进行抑制；C4也是X安全电容，虽然它没有对V3直接进行旁路，但它 也是差模干扰信号抑制的滤波电容； R1 是残余电压释放电阻，其阻值要与 C3、 C4等配合使用，使时间常数t = Rl（C3+C4）小于2 秒,但R1不能用得太小， 太小会损耗电源功率。当电容充放电时间等于T时，电容器两端的电压上升或下 降的值是最大值的 63%。火线0acEMC滤波器i ciIIbi1 L丨CI电子设备C5ciR2R3/ 匸”/尸孑/图14图14中，LI、L2是电感滤波器，L1为差模干扰信号电感滤波器，L2为共

11、模干扰信号电感滤波器，由于差模干扰信号电感滤波器很容易产生磁饱和，以及 电感滤波器的体积也比较大，因此目前很少人使用，基本上都是用共模电感滤波 器来代替。实际应用中共模电感滤波器的两个线圈之间也存在很大的漏感，因此 它对差模干扰信号也具有一定的滤波作用。根据EMC的定乂或原理,EMC滤波电路不但要抑制本电子设备产生的电磁 干扰，同时也要对外来的电磁干扰信号进行抑制，因此，图 14 所示的 EMC 滤 波电路还不是十分完美的。为了提高EMC滤波电路对外来电磁干扰信号的抑制 能力，最好在输入端也安装一个低通滤波器，并且这个低通滤波器对本电子设备 产生的电磁干扰也有很强的抑制能力。另外，由于电磁干扰

12、信号的频谱非常宽，单独用一个电感滤波器是很难达到 满意要求的，因为，目前采用的电感滤波器都不是理想的电感滤波器，每种规格 的电感滤波器只能对应某一频段滤波效果为最好，因此，最好同时把高、中、低 三种不同频率滤波特性的电感滤波器同时都用上。图15 是一种具有对外来传导 干扰信号有很强抑制能力的EMC滤波电路，同时，EMC滤波电路还可以把高、 中、低三种不同频率滤波特性的电感滤波器组合起来使用，使性能进一步提高。图15与图14相比，多了一个L0低通电感滤波器，目的是为了提高对外来 传导干扰信号的抑制能力。如果只考虑提高抑制本电子设备干扰的能力，可把 C1、 C2 的连接位置移放到电源线的最前端，即

13、：尽量靠近测试仪表的接入处， 抑制干扰效果会更显著。需要检查电子设备对外来电磁干扰信号的抑制能力，可 在电源线输入端输入一个干扰信号，然后检测电子设备被干扰影响的程度，如： 电视机出现行扫描不同步等。对不同的电子设备，干扰信号也有不同的要求，这 些标准制定一般都是由行业协会提出，最后由标准制定单位推荐使用。EMC滤波器3-1 传导干扰EMC滤波电路设计传导干扰分共模信号干扰和差模信号干扰，我们先来分析共模信号干扰。 我们可以从图6、图7、图8、图10、图 12、图 14、图15 等看出，共模干 扰信号主要是通过电子设备对地的分布电容构成回路传输的。如图5中的C5就 是干扰设备对地的分布电容。

14、C5 的容量与干扰设备的体积有关，与地面的距离 有关，但检测时，设备到地面的距离是固定的，C5的容量大约在十几到几千微 微法之间。由于 C5 的容量很小，对低频信号的阻抗很大，因此，能够通过 C5 电容的共模干扰信号基本上都是属于高频信号。在图 14、图 15 电路中，为了降低共模干扰信号输出，还在电路中串入 L0、 LI、L2等电感，以及Cl、C2等电容。与C5电容的特性相反，电感滤波器对低 频信号的阻抗很小，而对高频信号的阻抗却很大。图16表示C5电容与LO、Ll、L2等电感滤波器的频率-阻抗特性图。图16 中红线表示设备对地电容C5的频率阻抗曲线；蓝线是滤波电感LO、Ll、L2的 频率阻

15、抗曲线。图16对于电容来说，在频率的低端电容的阻抗很大，低频共模干扰信号一般难以 通过；但当频率升高到一定某一个数值的时候，电容的阻抗就会降低，共模干扰 信号就会很容易通过，因此，产生共模干扰的信号的频率主要集中在红线的右端。 但对于电感LO、Ll、L2来说，在频率的低端电感的阻抗很小，低频共模干扰信 号一般很容易通过，但当频率升高到某一个数值的时候，电感的阻抗会升高，使 共模干扰信号难以通过，因此，出现共模干扰信号的频率主要集中在蓝线的左端。 由此，可以得出结论，出现共模干扰信号的频率就是在电容阻抗曲线与电感阻抗 曲线的交汇处，如图16中的a、b、c或对应频率fl、f2、f3附近。图 16

16、中有三条蓝色电感滤波器的阻抗曲线，分别对应不同数值的电感。当 符合标准的共模干扰信号对应的阻抗参考线为Z1时，图16中的三种电感参数 全部合格；当符合标准的共模干扰信号对应的阻抗参考线为Z2时，选用的三种 电感参数只有两种合格，其中第一个性能最优，但成本相应也会提高。另外我们 还可以看出，选用不同的电感参数，对应出现共模干扰信号的频率也不一样。我们再来分析差模干扰。我们同样可以从图 6、图 7、图 8、图 10、图 12、图 14、图 15 等看出，差 模干扰信号没有通过设备对地的分布电容构成回路，主要是通过电源输电线路进 行传输。在图 14、图 15中对差模干扰信号起抑制作用的主要是 L0、 L1、 L2、 C3、C4,以及Cl、C2。一般Cl、C2都是在安全标准允许的条件下把容