開(kāi)關(guān)電源EMC總結

關(guān)于制訂電磁兼容標準的組織和標準的介紹：

IEC(國際電工委員會(huì ))：有兩個(gè)平行的組織制訂EMC標準，CISPR和TC77。

CISPR(國際無(wú)線(xiàn)電干擾特別委員會(huì ))：1934年成立。目前有七個(gè)分會(huì )：A分會(huì )(無(wú)線(xiàn)電干擾測量方法與統計方法)、B分會(huì )(工、科、醫療射頻設備的無(wú)線(xiàn)電干擾)、C分會(huì )(電力線(xiàn)、高壓設備和電牽引系統的無(wú)線(xiàn)電干擾)、D分會(huì )(機動(dòng)車(chē)和內燃機的無(wú)線(xiàn)電干擾)、E分會(huì )(無(wú)線(xiàn)接收設備干擾特性)、F分會(huì )(家電、電動(dòng)工具、照明設備及類(lèi)似電器的無(wú)線(xiàn)電干擾)、G分會(huì )(信息設備的無(wú)線(xiàn)電干擾)。

TC77(第77技術(shù)委員會(huì ))：1981年成立。目前有3個(gè)分會(huì )：SC77A(低頻現象)、 SC77B(高頻現象)、 SC77C(對高空核電磁脈沖的抗擾性)。

CENELEC(歐洲電工標準化委員會(huì ))：由歐共體委員會(huì )授權制訂歐洲標準。EN標準中引用了很多CISPR和IEC標準，其對應關(guān)系如下：

EN55××× = CISPR標準， (例： EN55011 = CISPR Pub.11)

EN6×××× = IEC標準， (例： EN61000-4-3 = IEC61000-4-3 Pub.11)

EN50××× = CENELEC自定標準， (例： EN50801 )

FCC(聯(lián)邦通信委員會(huì ))全名為Federal Communications Commission：是管理電腦, 周邊及通信產(chǎn)品等銷(xiāo)售美國之審核授權機], 主要制訂民用產(chǎn)品標準，關(guān)于電磁兼容的標準主要包括在FCC Part15和FCC Part 18中。

FCC Part 15 subpart B定: 凡利用數位技g之電子b置或系y, 及使用或產(chǎn)生脈波頻率超過(guò)10KHz之器材,皆依規定進(jìn)行測試認證后, 才可以在美國市場(chǎng)銷(xiāo)售。

MIL-STD(美軍標)：典型的是MIL-STD –461D。這個(gè)標準不僅規定了最大輻射發(fā)射和傳導發(fā)射的限制，還規定了系統對輻射和傳導干擾的敏感度要求。配套標準MIL-STD-462規定了必要的測試裝置。商業(yè)公司經(jīng)常將MIL-STD-461中的某些部分作為產(chǎn)品內部EMC規范。

VCCI(干擾自愿控制委員會(huì ))：民間機構，其標準與CISPR和IEC一致。

GB(中國國家標準)：基本采用CISPR和IEC標準，目前已發(fā)布57個(gè)。

GJB(中國軍用標準)：基本采用美軍標，例如GJB151A = MIL-STD –461D。

軍用設備

為軍用設計的電子系統必須滿(mǎn)足MIL-STD-461D的要求， 另一個(gè)關(guān)于EMI的軍用標準是保密的TEMPEST計劃，這是用來(lái)保證保密通信系統安全的?，F在可以接收并復現出大多數電子設備政黨工作時(shí)所發(fā)射的功率很低的射頻信號。象對電子竊聽(tīng)很脆弱的CRT終端那樣的軍用產(chǎn)品就屬于TEMPEST的范疇。在實(shí)踐中，TEMPEST控制設備和系統的發(fā)射，使無(wú)法解譯攜帶信息的信號。

由于關(guān)于EMC的法規和標準十分復雜，關(guān)于信息技術(shù)設備的相關(guān)標準總結在表1.9中。一些標準的頻率范圍在圖1-3中標明。

CE標示: 源自歐共體各會(huì )員國(European Community)縮寫(xiě)的總稱(chēng), K以此為標志。規范產(chǎn)品是否符合歐體為保障民眾安全健康以及環(huán)境保護等利益所訂定之基本安全要求。

CE = EMC + LVD EMC : 磁干擾及電磁相容性 LVD : 低電壓指令

測量場(chǎng)地：GB要求在開(kāi)闊場(chǎng)地中測量，GJB要求在屏蔽半無(wú)反射室中測量，由于電磁環(huán)境日趨惡化，開(kāi)闊場(chǎng)中的背景干擾往往嚴重影響測量，因此，GB測量也開(kāi)始在屏蔽半無(wú)反射室中做，但要求半無(wú)反射室中的電磁場(chǎng)分布與開(kāi)闊場(chǎng)近似。

天線(xiàn)到EUT(受試設備)的距離：GB要求為3米、10米或30米，GJB要求為1米;

測量?jì)热荩篏B僅測量電場(chǎng)輻射發(fā)射，GJB對電場(chǎng)輻射和磁場(chǎng)輻射都要測量;

測量頻率范圍：GB規定的測量范圍為30MHz ~ 1GHz，隨著(zhù)時(shí)鐘頻率的升高，有擴展到18GHz的趨勢，GJB規定的測量頻率范圍為10kHz ~ 18GHz。

EUT的布置：GB和GJB都要求EUT按照實(shí)際工作狀態(tài)布置(互聯(lián)電纜和所連接的外部設備全部按實(shí)際狀態(tài)連接)，GB要求EUT放置在木制測試臺上，GJB要求EUT放置在金屬板上。距離地面的距離為0.8米;

檢波方式：干擾測量?jì)x的讀數與檢波方式有關(guān)，因此標準中都明確規定檢波方式，GB要求準峰值檢波，GJB要求峰值檢波;

最大輻射點(diǎn)：與處理電磁兼容問(wèn)題的原則相同，僅關(guān)心最壞情況。因此，以EUT的最大輻射值為測量結果。最大輻射值的含義有4個(gè)，第一：EUT的工作狀態(tài)處于最大輻射狀態(tài)，第二：EUT最大輻射面對著(zhù)天線(xiàn)，第三：天線(xiàn)的極化方向為接收最大場(chǎng)強的方向，第四：天線(xiàn)的高度為接收最大場(chǎng)強的位置。GJB中，沒(méi)有第四點(diǎn)的要求，即，天線(xiàn)的高度是固定的。

測量設備：

騷擾測量設備：用來(lái)定量計量騷擾強度的設備，可以是EMI測量接收機，也可以是頻譜分析儀，頻率范圍要覆蓋150KHz~30MHz，具有峰值、準峰值和平均值檢波功能。

線(xiàn)路阻抗穩定網(wǎng)絡(luò )(LISN)：由于電源端子傳導發(fā)射的強度與電網(wǎng)的阻抗有關(guān)，因此為了使測量具有唯一性，必須在特定的阻抗條件下測量，LISN就提供了這樣一個(gè)環(huán)境，GB9254標準中使用的LISN為50Ω/50μH。

接地平板：受試設備要放置在接地金屬板上進(jìn)行試驗，該金屬板比被測設備邊框大0.5米，最小尺寸為2m×2m。

電快速脈沖試驗模擬電網(wǎng)中的感性負載斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的干擾。這種干擾不僅會(huì )出現在電源線(xiàn)上，而且會(huì )耦合到信號線(xiàn)上。因此，這個(gè)試驗要對電源線(xiàn)和信號線(xiàn)做。設備能夠通過(guò)浪涌試驗，并不意味著(zhù)也能通過(guò)電快速脈沖試驗。一方面是因為后者的頻率成份遠高于前者，具備不同的干擾機理，令一方面是因為電快速脈沖試驗中施加的干擾是重復性，這對電路具有一種積分效應，是電路中的積分型抗干擾電路實(shí)效。

頻譜分析儀能夠快速地在較寬的頻率范圍內掃描，因此是診斷電磁干擾發(fā)射的方便工具。使用頻譜分析儀時(shí)需要注意的問(wèn)題：頻譜分析儀不能觀(guān)測瞬間干擾，如靜電放電、雷電等;頻譜分析儀的掃描時(shí)間不能設置得太短，即不能使掃描速度太快;從頻譜分析儀屏幕上讀取頻率與幅度數據時(shí)，其精度與頻譜儀的掃描范圍有關(guān)，范圍越窄，精度越高;當輸入信號過(guò)大時(shí)，頻譜分析儀會(huì )發(fā)生過(guò)載，使讀取的幅度數據比實(shí)際的小，用輸入衰減器可以避免過(guò)載;減小頻譜儀的中頻帶寬可以提高儀器的靈敏度(和選擇性)，但掃描時(shí)間會(huì )更長(cháng);寬帶信號的幅度會(huì )隨著(zhù)中頻分辨帶寬的增加而增加。

電磁干擾(EMI)接收機是另一種測量電磁干擾的設備，許多人在選購儀器時(shí)搞不懂接收機與頻譜儀之間的區別，下面做一簡(jiǎn)單比較：

所有的接收機都標準配置預選器(頻譜儀需要選配)，能夠有效地抑制帶外噪聲;所有的接收機用基頻混頻方式(頻譜儀使用基頻和諧頻混頻)，具有較高的靈敏度;接收機的中頻濾波器為矩形(頻譜儀的中頻濾波器為高斯形)，具有更好的選擇性;接收機適合于正式測量，不適合于診斷。

EMC試驗室有華測(CTI)、SGS、信測、信華、華通威、冠準、莫特、廣州ETL、廣州五所、東莞經(jīng)續、東莞沃特、厚街北南、長(cháng)安世鴻、長(cháng)安碩信(ATT)、大朗信寶、塘夏歐標、摩爾實(shí)驗室、經(jīng)續檢驗技術(shù)有限公司等。像美國的FCC只測EMI中的輻射和傳導，不測EMS。有些國家EMI和EMS是分開(kāi)測的，有些國家是一起像CCC認證CE認證?，F在很多電器類(lèi)產(chǎn)品做CE還要加測電磁波騷擾EMF，標準是EN-50336。電源EMI技術(shù)就算能達到標準，有的產(chǎn)品要求要達一定的濕度測試。在深圳濕試控制都比較難做。深圳幾家大實(shí)驗室，都比較難，空間問(wèn)題。EMI不只包括傳導，輻射，電流諧波與電壓閃爍也是EMI的部分。諧波和閃爍是設備對外的，而不是外界對設備的，所以是EMI，不是EMS。

開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機理及其傳播途徑

功率開(kāi)關(guān)器件的高額開(kāi)關(guān)動(dòng)作是導致開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾(EMI)的主要原因。開(kāi)關(guān)頻率的提高一方面減小了電源的體積和重量，另一方面也導致了更為嚴重的EMI問(wèn)題。開(kāi)關(guān)電源工作時(shí)，其內部的電壓和電流波形都是在非常短的時(shí)間內上升和下降的，因此，開(kāi)關(guān)電源本身是一個(gè)噪聲發(fā)生源。開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，按噪聲干擾源種類(lèi)來(lái)分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來(lái)分,可分為傳導干擾和輻射干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不至于對電子系統和電網(wǎng)造成危害的根本辦法是削弱噪聲發(fā)生源，或者切斷電源噪聲和電子系統、電網(wǎng)之間的耦合途徑?，F在按噪聲干擾源來(lái)分別說(shuō)明：

1、二極管的反向恢復時(shí)間引起的干擾

交流輸入電壓經(jīng)功率二極管整流橋變?yōu)檎颐}動(dòng)電壓，經(jīng)電容平滑后變?yōu)橹绷?，但電容電流的波形不是正弦波而是脈沖波。由電流波形可知，電流中含有高次諧波。大量電流諧波分量流入電網(wǎng)，造成對電網(wǎng)的諧波污染。另外，由于電流是脈沖波，使電源輸入功率因數降低。

高頻整流回路中的整流二極管正向導通時(shí)有較大的正向電流流過(guò)，在其受反偏電壓而轉向截止時(shí)，由于PN結中有較多的載流子積累，因而在載流子消失之前的一段時(shí)間里，電流會(huì )反向流動(dòng)，致使載流子消失的反向恢復電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。

2、開(kāi)關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾

功率開(kāi)關(guān)管在導通時(shí)流過(guò)較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在 阻性負載時(shí)近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當采用零電流、零電壓開(kāi)關(guān)時(shí),這種諧 波干擾將會(huì )很小。另外,功率開(kāi)關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會(huì )產(chǎn)生 尖峰干擾。

3、交流輸入回路產(chǎn)生的干擾

無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復期間會(huì )引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源的輸入輸出線(xiàn)傳播出去而形成的干擾稱(chēng)之為傳導干擾;而諧波和寄生振蕩的能量，通過(guò)輸入輸出線(xiàn)傳播時(shí)，都會(huì )在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這種通過(guò)電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱(chēng)為輻射干擾。

4、其他原因

元器件的寄生參數，開(kāi)關(guān)電源的原理圖設計不夠完美，印刷線(xiàn)路板(PCB)走線(xiàn)通常采用手工布 置，具有很大的隨意性，PCB的近場(chǎng)干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會(huì )造成EMI干擾。這增加了PCB分布參數的提取和近場(chǎng)干擾估計的難度。