什么是EMC

電磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,簡稱EMC)，是指設備或系統在其電磁環境中符合要求運行，并不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁騷擾的能力。故EMC包括EMI和EMS兩個方面的要求：

電磁干擾(Electromagnetic Interference ,簡稱EMI)，可簡單理解為，我的設備對別人的影響程度。即指設備在正常運行過程中對所在環境產生的電磁干擾不能超過一定的限值，具體有傳導干擾和輻射干擾兩種；

電磁敏感度(Electromagnetic Susceptibility ,簡稱EMS)，可簡單理解為，我的設備對別人干擾的容忍程度。即指設備對所在環境中存在的電磁騷擾所具有的抗擾度。

電磁干擾EMI

CE 表示傳導發射(Conducted Emission)，即通過物理線路，對外部設備的影響。

RE表示輻射發射(Radiated Emission)，即通過自由空間，對外部設備的影響。

Flicker表示電壓波動與閃爍。

Harmonic表示諧波污染，即設備工作時注入到供電網中的諧波，或者說要求設備的功率因數不能過低。

電磁敏感度EMS

ESD表示靜電放電(Electro-Static discharge)，即設備或系統抗靜電泄放干擾的能力。

Surge表示浪涌，即考察設備抗浪涌干擾的能力。這些瞬變騷擾是由于其他設備的故障短路，主電源系統切換，間接雷擊等產生的干擾。

RS表示輻射抗擾度(Radiate Susceptibility)，即設備抵抗射頻輻射干擾的能力。

CS 表示傳導射頻抗擾度(Injected Currents Immunity)，即設備抵抗傳導騷擾的能力。

EFT/Burst表示快速脈沖群，即設備抗快速瞬變干擾的能力。這些瞬變騷擾是由于感性負載的中斷等瞬變動作，導致脈沖成群的出現，脈沖重復頻率高，上升時間短，單個脈沖能量低等會導致設備誤動作。

Dips表示電壓暫降或跌落。即衡量設備抗電壓暫降和跌落的能力。

對應標準

不同的設備使用場景，有著相對應的應用規范。故在進行EMC基礎設計前，需先查看該產品相關的EMC要求規范，并對其敏感頻段，進行重點關注。

應用	中國標準	歐盟標準	國際標準
工業醫療	GB4824	EN55011	CISPR11
音視頻設備	GB13837/6	EN55013	CISPR13
家用設備	GB4343	EN55014	CISPR14
電氣照明	GB17743	EN55015	CISPR15
信息技術	GB9254	EN55022	CISPR22
汽車電子	GB18655	EN55025	CISPR25

對于軍用設備，通常采用GJB-151A《軍用設備和分系統電磁發射和敏感度測量》標準，具體對應測試項目如下：

項目	名稱
CE101	25Hz~ 10kHz電源線傳導發射
CE102	10kHz~ 10MHz電源線傳導發射
CE106	10kHz~ 40GHz天線端子傳導發射
CE107	電源線尖峰信號(時域)傳導發射
CS101	25Hz~ 50kHz電源線傳導敏感度
CS103	15kHz~10GHz天線端子互調傳導敏感度
CS104	25Hz~ 20GHz天線端子無用信號抑制傳導敏感度
CS105	25Hz~ 20GHz天線端子交調傳導敏感度
CS106	電源線尖峰信號傳導敏感度
CS109	50Hz~100kHz殼體電流傳導敏感度
CS114	10kHz~400MHz電纜束注入傳導敏感度
CS115	電纜束注入脈沖激勵傳導敏感度
CS116	10kHz~ 100MHz電纜和電源線阻尼正弦瞬變傳導敏感度
RE101	25Hz~ 100kHz磁場輻射發射
RE102	10kHz~ 18GHz電場輻射發射
RE103	10kHz~40GHz天線諧波和亂真輸出輻射發射
RS101	25Hz~ 100kHz磁場輻射敏感度
RS103	10kHz~40GHz電場輻射敏感度
RS105	瞬變電磁場輻射敏感度

具體測試原理

EMC限值

一般而言，進行如CE、RE等EMC測試時，不同的測試規范指標，均會提供一張或多張類似的限值圖。其縱坐標為dBuV，橫坐標為頻率，圖中的黑色折線為限值幅度。dBuV=20LogV/Vref，其中，Vref=1uV。即，
40dBuV=100uV

傳導發射(CE)

其中，EUT為待測設備，LISN為線路阻抗穩定網絡，Measuring Receiver為測量設備。

傳導發射的測量原理如下：當電子設備干擾噪聲的頻率小于30MHz, 電子設備的電纜對于這類電磁波的波長來說，還不足一個波的波長(30MHz的波長為10m)，即向空中輻射的效率很低，主要依靠線纜向外傳導發射，這樣若能測得電纜上感應的噪聲電壓，就能衡量這一頻段的電磁噪聲干擾程度，這類噪聲就是傳導噪聲。

傳導干擾分類

傳導干擾主要分為兩類，分別是差模干擾和共模感染

差模干擾 ，電流在正負線上，大小相等方向相反，干擾頻段主要為低中頻段。

共模干擾，電流在正負線上電流方向相同，需要借助于地線進行回流，干擾頻段主要為中高頻段。

LISN線路阻抗穩定網絡

LISN在待測設備及供電電源之間起高頻隔離作用，避免來自供電電源的噪聲進入EUT,影響測量結果；并.模擬實際的供電電源阻抗，為EUT的電源端子間提供規定的阻抗，以使測量結果統一化；還可將測試頻段內的阻抗穩定為50歐，以實現與測量接收機/頻譜分析儀的輸入阻抗匹配。

線路阻抗穩定網絡LISN的電路示意圖如下：

150KHZ下的阻抗：1uF：1.06ohm，50uH：47ohm，100nF:10.6ohm。1.5MHZ下的阻抗：1uF：0.106ohm，50uH：470ohm，100nF:1.06ohm。即高頻時，50ohm測量阻抗占主導。

對于差模信號，總的阻抗為50Ω串聯50Ω，共100Ω

對于共模信號，總的阻抗為50Ω并聯50Ω，共25Ω

準峰值與平均值

由于EMI為交流信號，故在LISN中會對干擾信號進行整流，將交流信號變為直流信號。在測量數值上，我們將測量值分為準峰值和平均值。兩種測量值的測量方式也略有不同，具體測量電路如下：

以CISPR22 CLASSB傳導限值為例，對應的測量標準如下圖所示：

準峰值會比平均值高10dB，但平均值因濾波時間長度較大，故測量速度也較慢。除了標準的準峰值與平均值外，我們在進行實際測試時，往往還會進一步提供測量要求(如進一步降低3dB或6dB)，以作為設備的實際要求，以保證批量設備性能指標的一致性。

輻射發射(RE)

其中，EUT為待測設備，Turntable為旋轉轉臺，Antenna為測量接收天線，Test Receiver為測量設備。

輻射發射的測量原理如下：當天線的總長度大于信號波長λ的1/20,會向空間產生有效的輻射發射，當天線的長度為λ/2的整數倍時，輻射的能量最大。當噪聲頻率大于30MHz時，電子設備的電纜，開孔、縫隙都容易滿足上述條件，形成輻射發射。旋轉轉臺需要旋轉待測設備，將設備的不同角度對準測量天線；并且，測試天線也需要調整至不同高度，對設備輻射進行測量。

如何解決CE超標問題

差模or共模超標？

當傳導發射超限值時，如何區分超標是差模量超標還是共模量超標呢？

如果為三線系統，由于共模干擾需要借助于地線進行回流，故可通過斷開系統的地線連接的方式進行測量分析，即為剩余的差模分量。

如果為兩線系統，共模干擾也可能通過寄生電容等方式進行回流，只是相對而言阻抗較大。針對這種情況，可通過在輸入端口外添加一個較大的X電容，盡可能降低設備的差模分量，測量結果基本上僅為共模分量。

差模信號產生原因

對于一個待測設備，隔離電源前的電路可簡化表示為下圖。

在左側的LISN回路中，回路的阻抗很低，主要是100Ω。Vdm主要取決于電路中的ESL、ESR和MOS管的di/dt。

故通常加入差模電感與差模電容對差模信號進行抑制。L1和C1構成低通濾器， L1通常幾十到幾百uH，或者是共模電感的漏感；C1通常是0.1uF到1uF（低ESR、ESL)。這是由于通過差模電感的電流量較大，當電感取值較大值時，電感的體積也較大。故使用較大的電容和較小的電感。

當后級電路功率較大，差模信號則也越大，一級的LC濾波器可能無法進行有效抑制。故可考慮增加多級級聯的LR濾波器對差模信號進行抑制。

差模濾波器干擾

當差模干擾量超出限值時，一般會考慮加大LC濾波。但實際應用中，卻會出現，加大電容C，沒有太大改善，繼續加大，甚至導致差模干擾惡化。

這可能是由于LC差模濾波器所構成的電流環，被空間中輻射的電磁信號被干擾了。

空間中的輻射源可能是存在漏磁的反激變壓器，或是電路中存在的高頻電流環等。

這就要求在實際設計過程中，C1要盡可能靠近輸入口；使用雙絞線至插座；并將C1放入屏蔽腔。

共模信號產生原因

對于一個待測設備，隔離電源前的電路可簡化表示為下圖。

漏極到機殼地之間，存在著寄生電容C3；變壓器的原邊與副邊，存在著寄生電容C3；在副邊與地之間，存在著寄生電容C4。

在左側的LISN回路中，回路的阻抗很低，主要是25Ω。又因為在電路中存在著較高的dv/dt時，會產生共模信號干擾，并以寄生電容作為信號回路，且只要有著很小的寄生電容，共模干擾就會超標。

故通常在電路中插入共模電感與共模電容對共模信號進行抑制。T2C1C2構成低通濾波電路，C1C2受漏電流限制(1nF到4.7nF)，T1T2通常1mH到10mH。這是由于當共模電容較大時，會導致電路至機殼地之間的漏電流較大，故共模電容的大小取決于漏電流的限制；而又由于共模電路相對較小，故使用較大的電感量，也可以做到較小的體積。

同理，當當后級電路功率較大，共模信號則也越大，一級的LC濾波器可能無法進行有效抑制。故可考慮增加多級級聯的LR濾波器對差模信號進行抑制。

共模信號抑制的方法

在電路地回線與機殼地之間跨接一個電容C5。C5為共模電流提供最直接的返回路徑；C5和漏級到殼的寄生電容構成分壓網絡，假設C5為寄生電容的10倍，則共模電流變成原來的1/10。

減小漏極到機殼地之間的寄生電容Ccm，具體方法為將MOS管的散熱器接至靜點，一般會選擇接至電路地回線，散熱器不能連接機殼地

減小MOS管漏極PCB走線到機殼地的機身電容；減少變壓器原邊和副邊間的機身電容。

典型應用電路舉例

電源模塊噪聲產生原因

電源模塊運行時會產生輻射和傳導兩種電磁干擾噪聲。輻射噪聲主要源于模塊中的電壓和電流的快速變化，而電壓和電流的快速變化又是源于功率開關器件的開啟和關斷，同時模塊的機械結構也對輻射噪聲有一定的影響。一般模塊設計中采用吸收器（Snubber）減小功率器件開關時由于快速變化的電壓和電流產生的高頻震蕩。當選用金屬基板時，將金屬基板接地或者是接到電位相對穩定的點上就可以起到一定的屏蔽效果。

傳導噪聲又可細分為差模噪聲和共模噪聲。差模噪聲出現在輸入及輸出正負引腳之間, 主要在輸入端；電源模塊中的功率開關器件的脈寬調制（PWM）是產生此類噪聲的根源。共模噪聲出現在輸入及輸出引腳與地之間，其強弱與諸多內外在因素相關。為進一步減少噪聲干擾，應用中一般需要加外部差模和共模濾波器。電磁干擾是一個系統問題，受模塊以外的諸多因素影響，如機柜設計、使用模塊的電路板的布線設計等；故濾波器的結構和濾波元件的參數均可能因系統的不同而有一定的差異。

典型EMC推薦電路

C1， C2， C3，和 C4 為差模濾波電容。其中 C2 應為低等效串聯電阻（ESR）的較大容量的電容（如電解電容）；C1，C3，和 C4 一般均為等效串聯電阻和等效串聯電感 (ESL)都很小的陶瓷電容，為高頻噪聲電流提供低阻回路。關于C2 容量的選擇，對輸入最低電壓為 36V 的模塊，建議每100 瓦輸入功率用 33-100uF；對輸入最低電壓為 18V 的模塊，建議每 100 瓦輸入功率用 100-330uF。電容的電壓等級應大于最高的輸入電壓。C2 還須有足夠的電流定額以滿足高溫大負載長期運行的需要。C2 的主要功能是防止模塊輸入端的供電電源輸出阻抗過高，以保證在各種實際的條件下模塊均能穩定運行。如果供電電源的輸出阻抗較低，距離模塊較近， C2 的容量也可以適當減小。C2 在保證穩定性的同時也為模塊產生的輸入紋波電流提供了一個通路。電容 C7 - C10 是共模高頻去耦電容，容值通常在 10nF 至 0.1uF 之間。根據輸入輸出接地的方式不同，這些電容中有些須為高壓電容。在大多數應用中，增加輸出電容 C4 可以改進輸出動態響應和減少輸出引線電感引起的電壓振蕩。通常這些輸出電容也應為低等效串聯電阻的電容(如陶瓷電容)。L1， L2 需要根據實際的輸入電流和系統實際 EMC 要求來選取，一般從幾十 uH 到幾百 uH不等。

EMC解決對策

EMI問題的解決步驟

EMI問題的解決，主要有以下幾個步驟：

找出重要的EMI干擾源

找出關鍵路徑

尋找合適的IC和優化PCB布局

增加EMI濾波器、吸收電路、屏蔽等

常見EMI處理對策

MOS管slew rate控制（門極驅動電阻、漏源極snubber）

MOS管二極管電流斜率控制（磁珠）

減小磁場天線效應（找出di/dt環并減小、變壓器加腰帶）

減小電場輻射（找出dv/dt并找出寄生耦合電容并減小、變壓器做屏蔽、Y電容等）

濾波器（差模filter、共模filter、高頻磁珠）

采用抖頻技術

電源EMC設計檢查清單

具體在進行電路設計時，需要考慮如下幾個設計要求：