EMC的分類及標(biāo)準(zhǔn)

EMC(Electromagnetic Compatibility)是電磁兼容，它包括EMI(電磁騷擾)和EMS（電磁抗騷擾）。EMC定義為：設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中的任何設(shè)備的任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。EMC整的稱呼為電磁兼容。EMP是指電磁脈沖。

EMC = EMI + EMS EMI：電磁干擾 EMS：電磁相容性 (免疫力)

EMI可分為傳導(dǎo)Conduction及輻射Radiation兩部分，

Conduction規(guī)范一般可分為: FCC Part 15J Class B；CISPR 22(EN55022, EN61000-3-2, EN61000-3-3) Class B；

國標(biāo)IT類（GB9254，GB17625）和AV類（GB13837，GB17625）。

FCC測試頻率在450K-30MHz，CISPR 22測試頻率在150K--30MHz，Conduction可以用頻譜分析儀測試，Radiation則必須到專門的實(shí)驗(yàn)室測試。

EMI為電磁干擾，EMI是EMC其中的一部分，EMI(Electronic Magnetic Interference) 電磁干擾， EMI包括傳導(dǎo)、輻射、電流諧波、電壓閃爍等等。電磁干擾是由干擾源、藕合通道和接收器三部分構(gòu)成的，通常稱作干擾的三要素。 EMI線性正比于電流，電流回路面積以及頻率的平方即：EMI = K*I*S*F2。I是電流，S是回路面積，F(xiàn)是頻率，K是與電路板材料和其他因素有關(guān)的一個(gè)常數(shù)。

輻射干擾(30MHz—1GHz)是通過空間并以電磁波的特性和規(guī)律傳播的。但不是任何裝置都能輻射電磁波的。

傳導(dǎo)干擾(150K--30MHz)是沿著導(dǎo)體傳播的干擾。所以傳導(dǎo)干擾的傳播要求在干擾源和接收器之間有一完整的電路連接。

EMI是指產(chǎn)品的對外電磁干擾。一般情況下分為Class A & Class B 兩個(gè)等級(jí)。 Class A為工業(yè)等級(jí)，Class B為民用等級(jí)。民用的要比工業(yè)的嚴(yán)格，因?yàn)楣I(yè)用的允許輻射稍微大一點(diǎn)。同樣產(chǎn)品在測試EMI中的輻射測試來講，在30-230MHz下，B類要求產(chǎn)品的輻射限值不能超過40dBm 而A類要求不能超過50dBm(以三米法電波暗室測量為例）相對要寬松的多，一般來說CLASSA是指在EMI測試條件下，無需操作人員介入，設(shè)備能按預(yù)期持續(xù)正常工作，不允許出現(xiàn)低于規(guī)定的性能等級(jí)的性能降低或功能損失。

EMI是設(shè)備正常工作時(shí)測它的輻射和傳導(dǎo)。在測試的時(shí)候，EMI的輻射和傳導(dǎo)在接收機(jī)上有兩個(gè)上限，分別代表Class A和Class B，如果觀察的波形超過B的線但是低于A的線，那么產(chǎn)品就是A類的。EMS是用測試設(shè)備對產(chǎn)品干擾，觀察產(chǎn)品在干擾下能否正常工作，如果正常工作或不出現(xiàn)超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能下降，為A級(jí)。能自動(dòng)重啟且重啟后不出現(xiàn)超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能下降，為B級(jí)。不能自動(dòng)重啟需人為重啟為C級(jí)，掛掉為D級(jí)。國標(biāo)有D級(jí)的規(guī)定，EN只有A，B，C。EMI在工作頻率的奇數(shù)倍是最不好過的。

EMS(Electmmagnetic Suseeptibilkr) 電磁敏感度一般俗稱為“電磁免疫力”，是設(shè)備抗外界騷擾干擾之能力，EMI是設(shè)備對外的騷擾。

EMS中的等級(jí)是指：Class A，測試完成后設(shè)備仍在正常工作；Class B，測試完成或測試中需要重啟后可以正常工作；Class C，需要人為調(diào)整后可以正常重啟并正常工作；Class D，設(shè)備已損壞，無論怎樣調(diào)整也無法啟動(dòng)。嚴(yán)格程度EMI是B > A，EMS是A > B > C > D。

開關(guān)電源輸入EMI電路

X電容的作用：

抑制差模雜訊，電容量越大，抑制低頻雜訊效果越好。

Y電容的作用：

抑制共模雜訊，電容量越大，抑制低頻雜訊效果越好。Y電容使次級(jí)到初級(jí)地線提供一個(gè)低阻抗回路，使流向地再通過LISN回來的電流直接短路掉，由于Y電容非完全理想，次級(jí)各部分間也存在阻抗，所以不可能全部回來。

還是有一部分流到地。Y電容必須直接用盡量短的直線連接到初級(jí)和次級(jí)的冷地, 如果開通時(shí)MOS的dv/dt大于關(guān)斷時(shí)的dv/dt, 則Y電容連接到初級(jí)的地; 反之連接到V+。

共模電感的作用：

抑制共模雜訊，電感量越大，抑制低頻雜訊效果越好。增加共模電流部分的阻抗，減小共模電流。

差模電感的作用：

抑制差模雜訊，電感量越大，抑制低頻雜訊效果越好。

開關(guān)電源設(shè)計(jì)前EMI一般應(yīng)對策略

采用交流輸入EMI濾波器

通常干擾電流在導(dǎo)線上傳輸時(shí)有兩種方式:共模方式和差模方式。共模干擾是載流體與大地之間的干擾:干擾大小和方向一致，存在于電源任何一相對大地、或中線 對大地間，主要是由du/dt產(chǎn)生的，di/dt也產(chǎn)生一定的共模干擾。而差模干擾是載流體之間的干擾:干擾大小相等、方向相反，存在于電源相線與中線及 相線與相線之間。干擾電流在導(dǎo)線上傳輸時(shí)既可以共模方式出現(xiàn)，也可以差模方式出現(xiàn);但共模干擾電流只有變成差模干擾電流后，才能對有用信號(hào)構(gòu)成干擾。

交流電源輸人線上存在以上兩種干擾，通常為低頻段差模干擾和高頻段共模干擾。在一般情況下差模干擾幅度小、頻率低、造成的干擾小;共模干擾幅度大、頻率高， 還可以通過導(dǎo)線產(chǎn)生輻射，造成的干擾較大。若在交流電源輸人端采用適當(dāng)?shù)腅MI濾波器，則可有效地抑制電磁干擾。電源線EMI濾波器基本原理如圖1所示， 其中差模電容C1、C2用來短路差模干擾電流，而中間連線接地電容C3、C4則用來短路共模干擾電流。共模扼流圈是由兩股等粗并且按同方向繞制在一個(gè)磁芯 上的線圈組成。如果兩個(gè)線圈之間的磁藕合非常緊密，那么漏感就會(huì)很小，在電源線頻率范圍內(nèi)差模電抗將會(huì)變得很小;當(dāng)負(fù)載電流流過共模扼流圈時(shí)，串聯(lián)在相線上的線圈所產(chǎn)生的磁力線和串聯(lián)在中線上線圈所產(chǎn)生的磁力線方向相反，它們在磁芯中相互抵消。 因此即使在大負(fù)載電流的情況下，磁芯也不會(huì)飽和。而對于共模干擾電流，兩個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場是同方向的，會(huì)呈現(xiàn)較大電感，從而起到衰減共模干擾信號(hào)的作用。 這里共模扼流圈要采用導(dǎo)磁率高、頻率特性較佳的鐵氧體磁性材料。

圖1 電源線濾波器基本電路圖

利用吸收回路改善開關(guān)波形

開關(guān)管或 二極管在開通和關(guān)斷過程中，由于存在變壓器漏感和線路電感，二極管存儲(chǔ)電容和分布電容，容易在開關(guān)管集電極、發(fā)射極兩端和二極管上產(chǎn)生尖峰電壓。通常情況下采用RC/RCD吸收回路，RCD浪涌電壓吸收回路如圖2所示。

圖2 RCD浪涌電壓吸收回路

當(dāng)吸收回路上的電壓超過一定幅度時(shí)，各器件迅速導(dǎo)通，從而將浪涌能量泄放掉，同時(shí)將浪涌電壓限制在一定的幅度。在開關(guān)管集電極和輸出二極管的正極引線上串接 可飽和磁芯線圈或微晶磁珠，材質(zhì)一般為鈷(Co)，當(dāng)通過正常電流時(shí)磁芯飽和，電感量很小。一旦電流要反向流過時(shí)，它將產(chǎn)生很大的反電勢，這樣就能有效地 抑制二極管VD的反向浪涌電流。

利用開關(guān)頻率調(diào)制技術(shù)

頻率控制技術(shù)是基于開關(guān)干擾的能量主要集中在特定的頻率上，并具有較大的頻譜峰值。如果能將這些能量分散在較寬的頻帶上，則可以達(dá)到降低于擾頻譜峰值的目的。通常有兩種處理方法:隨機(jī)頻率法和調(diào)制頻率法。

隨機(jī)頻率法是在電路開關(guān)間隔中加人一個(gè)隨機(jī)擾動(dòng)分量，使開關(guān)干擾能量分散在一定范圍的頻帶中。研究表明，開關(guān)干擾頻譜由原來離散的尖峰脈沖干擾變成連續(xù)分布干擾，其峰值大大下降。

調(diào)制頻率法是在鋸齒波中加人調(diào)制波(白噪聲)，在產(chǎn)生干擾的離散頻段周圍形成邊頻帶，將干擾的離散頻帶調(diào)制展開成一個(gè)分布頻帶。這樣，干擾能量就分散到這些分布頻段上。在不影響變換器工作特性的情況下，這種控制方法可以很好地抑制開通、關(guān)斷時(shí)的干擾。

采用軟開關(guān)技術(shù)

開關(guān)電源的干擾之一是來自功率開關(guān)管通/斷時(shí)的du/dt，因此，減小功率開關(guān)管通/斷的du/dt是抑制開關(guān)電源干擾的一項(xiàng)重要措施。而軟開關(guān)技術(shù)可以減小開關(guān)管通/斷的du/dt。

如果在開關(guān)電路的基礎(chǔ)上增加一個(gè)很小的電感、電容等諧振元件就構(gòu)成輔助網(wǎng)絡(luò)。在開關(guān)過程前后引人諧振過程，使開關(guān)開通前電壓先降為零，這樣就可以消除開通過程中電壓、電流重疊的現(xiàn)象，降低、甚至消除開關(guān)損耗和干擾，這種電路稱為軟開關(guān)電路。

根據(jù)上述原理可以采用兩種方法，即在開關(guān)關(guān)斷前使其電流為零，則開關(guān)關(guān)斷時(shí)就不會(huì)產(chǎn)生損耗和干擾，這種關(guān)斷方式稱為零電流關(guān)斷;或在開關(guān)開通前使其電壓為 零，則開關(guān)開通時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生損耗和干擾，這種開通方式稱為零電壓開通。在很多情況下，不再指出開通或關(guān)斷，僅稱零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)，基本電路如圖3和 圖4所示。

圖3 零電壓開關(guān)諧振電路

圖4 零電流開關(guān)諧振電路

通常采用軟開關(guān)電路控制技術(shù)，結(jié)合合理的元器件布局及印制電路板布線、接地技術(shù)，對開關(guān)電源的EMI干擾具有一定的改善作用。

采用電磁屏蔽措施

一般采用電磁屏蔽措施都能有效地抑制開關(guān)電源的電磁輻射干擾。開關(guān)電源的屏蔽措施主要是針對開關(guān)管和高頻變壓器而言。開關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生大量的熱量，需要給 它裝散熱片，從而使開關(guān)管的集電極與散熱片間產(chǎn)生較大的分布電容。因此，在開關(guān)管的集電極與散熱片間放置絕緣屏蔽金屬層，并且散熱片接機(jī)殼地，金屬層接到 熱端零電位，減小集電極與散熱片間藕合電容，從而減小散熱片產(chǎn)生的輻射干擾。針對高頻變壓器，首先應(yīng)根據(jù)導(dǎo)磁體屏蔽性質(zhì)來選擇導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu)，如用罐型鐵芯和 El型鐵芯，則導(dǎo)磁體的屏蔽效果很好。變壓器外加屏蔽時(shí)，屏蔽盒不應(yīng)緊貼在變壓器外面，應(yīng)留有一定的氣隙。如采用有氣隙的多層屏蔽物時(shí)，所得的屏蔽效果會(huì) 更好。另外，在高頻變壓器中，常常需要消除初、次級(jí)線圈間的分布電容，可沿著線圈的全長，在線圈間墊上銅箔制成的開路帶環(huán)，以減小它們之間的禍合，這個(gè)開 路帶環(huán)既與變壓器的鐵芯連接，又與電源的地連接，起到靜電屏蔽作用。如果條件允許，對整個(gè)開關(guān)電源加裝屏蔽罩，那樣就會(huì)更好地抑制輻射干擾。

開關(guān)電源設(shè)計(jì)后EMI的實(shí)際整改策略--傳導(dǎo)部

1MHZ 以內(nèi)以差模干擾為主

1、150KHZ-1MHz，以差模為主，1-5MHz，差模和共模共同起作用，5MHz 以后基本上是共模。差模干擾的分容性藕合和感性藕合。一般1MHZ以上的干擾是共模，低頻段是差摸干擾。用一個(gè)電阻串個(gè)電容后再并到Y(jié)電容的引腳上，用示波器測電阻兩引腳的電壓可以估測共模干擾；

2、保險(xiǎn)過后加差模電感或電阻；

3、小功率電源可采用PI型濾波器處理(建議靠近變壓器的電解電容可選用較大些)。

4、前端的π型EMI零件中差模電感只負(fù)責(zé)低頻EMI，體積別選太大(DR8太大，能用電阻型式或DR6更好)否則幅射不好過，必要時(shí)可串磁珠，因?yàn)楦哳l會(huì)直接飛到前端不會(huì)跟著線走。

5、傳導(dǎo)冷機(jī)時(shí)在0.15-1MHZ超標(biāo)，熱機(jī)時(shí)就有7DB余量。主要原因是初級(jí)BULK電容DF值過大造成的，冷機(jī)時(shí)ESR比較大，熱機(jī)時(shí)ESR比較小，開關(guān)電流在ESR上形成開關(guān)電壓，它會(huì)壓在一個(gè)電流LN線間流動(dòng)，這就是差模干擾。解決辦法是用ESR低的電解電容或者在兩個(gè)電解電容之間加一個(gè)差模電感。

6、測試150KHZ總超標(biāo)的解決方案：加大X電容看一下能不能下來，如果下來了說明是差模干擾。如果沒有太大作用那么是共模干擾，或者把電源線在一個(gè)大磁環(huán)上繞幾圈, 下來了說明是共模干擾。如果干擾曲線后面很好，就減小Y電容，看一下布板是否有問題，或者就在前面加磁環(huán)。

7、可以加大PFC輸入部分的單繞組電感的電感量。

8、PWM線路中的元件將主頻調(diào)到60KHZ左右。

9、用一塊銅皮緊貼在變壓器磁芯上。

10、共模電感的兩邊感量不對稱，有一邊匝數(shù)少一匝也可引起傳導(dǎo)150KHZ-3MHZ超標(biāo)。

11、一般傳導(dǎo)的產(chǎn)生有兩個(gè)主要的點(diǎn)：200K和20M左右，這幾個(gè)點(diǎn)也體現(xiàn)了電路的性能；200K左右主要是漏感產(chǎn)生的尖刺；20M左右主要是電路開關(guān)的噪聲。處理不好變壓器會(huì)增加大量的輻射，加屏蔽都沒用，輻射過不了。

12、將輸入BUCK電容改為低內(nèi)阻的電容。

13、對于無Y-CAP電源，繞制變壓器時(shí)先繞初級(jí)，再繞輔助繞組并將輔助繞組密繞靠一邊，后繞次級(jí)。

14、將共模電感上并聯(lián)一個(gè)幾Ｋ到幾十Ｋ電阻。

15、將共模電感用銅箔屏蔽后接到大電容的地。

16、在PCB設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將共模電感和變壓器隔開一點(diǎn)以免互相干擾。

17、保險(xiǎn)套磁珠。

18、三線輸入的將兩根進(jìn)線接地的Y電容容量從2.2nF減小到471。

19、對于有兩級(jí)濾波的可將后級(jí)0.22uFX電容去掉(有時(shí)前后X電容會(huì)引起震蕩) 。

20、對于π型濾波電路有一個(gè)BUCK電容躺倒放在PCB上且靠近變壓器此電容對傳導(dǎo)150KHZ-2MHZ的Ｌ通道有干擾，改良方法是將此電容用銅泊包起來屏蔽接到地，或者用一塊小的PCB將此電容與變壓器和PCB隔開。或者將此電容立起來, 也可以用一個(gè)小電容代替。

21、對于π型濾波電路有一個(gè)BUCK電容躺倒放在PCB上且靠近變壓器此電容對傳導(dǎo)150KHZ-2MHZ的Ｌ通道有干擾，改良方法是將此電容用一個(gè)1uF/400V或者說0.1uF/400V電容代替, 將另外一個(gè)電容加大。

22、將共模電感前加一個(gè)小的幾百uH差模電感。

23、將開關(guān)管和散熱器用一段銅箔包繞起來，并且銅箔兩端短接在一起，再用一根銅線連接到地。

24、將共模電感用一塊銅皮包起來再連接到地。

25、將開關(guān)管用金屬套起來連接到地。

26、加大X2電容只能解決150K左右的頻段，不能解決20M以上的頻段，只有在電源輸入加以一級(jí)鎳鋅鐵氧體黑色磁環(huán)，電感量約50uH-1mH。

27、在輸入端加大X電容。

28、加大輸入端共模電感。

29、將輔助繞組供電二極管反接到地。

30、將輔助繞組供電濾波電容改用瘦長型電解電容或者加大容量。

31、加大輸入端濾波電容。

32、150KHZ-300KHZ和20MHZ-30MHZ這兩處傳導(dǎo)都不過，可在共模電路前加一個(gè)差模電路。也可以看看接地是否有問題，該接地的地方一定要加強(qiáng)接牢，主板上的地線一定要理順，不同的地線之間走線一定要順暢不要互相交錯(cuò)的。

33、在整流橋上并電容，當(dāng)考慮共模成分時(shí)，應(yīng)該鄰角并電容，當(dāng)考慮差模成分時(shí)，應(yīng)該對角并電容。

34、加大輸入端差模電感。

1MHZ---5MHZ差模共?；旌?/strong>