電磁兼容性(EMC)是指設備或系統在其電磁環境中符合要求運行并不對(duì)其環境中的任何設備産生無法忍受的電磁幹擾的能(néng)力。因此,EMC包括兩(liǎng)個方面(miàn)的要求:一方面(miàn)是指設備在正常運行過(guò)程中對(duì)所在環境産生的電磁幹擾不能(néng)超過(guò)一定的限值;另一方面(miàn)是指器具對(duì)所在環境中存在的電磁幹擾具有一定程度的抗擾度,即電磁敏感性。
所謂電磁幹擾是指任何能(néng)使設備或系統性能(néng)降級的電磁現象。而所謂電磁幹擾是指因電磁幹擾而引起(qǐ)的設備或系統的性能(néng)下降。
EMC包括EMI(電磁幹擾)及EMS(電磁耐受性)兩(liǎng)部份,所謂EMI電磁幹擾,乃爲機器本身在執行應有功能(néng)的過(guò)程中所産生不利于其它系統的電磁噪聲;而EMS乃指機器在執行應有功能(néng)的過(guò)程中不受周圍電磁環境影響的能(néng)力。
1.電磁兼容的基本概念、類型和測試标準
1.1基本概念
電磁兼容性測試EMC,是指設備或系統在其電磁環境中符合要求運行并不對(duì)其環境中的任何設備産生無法忍受的電磁幹擾的能(néng)力。自從麥克斯韋建立電磁理論、赫芝發(fā)現電磁波至今百餘年來,電磁能(néng)得到了充分的利用。尤其在科學(xué)發(fā)達的今天,廣播、電視、通信、導航、雷達、遙測遙控及計算機等領域得到了迅速的發(fā)展,給人類創造了巨大的物質财富,特别是信息、網絡技術的爆炸性發(fā)展,使世界的對(duì)話距離一下拉近。EMC測試包括測試方法、測量儀器和試驗場所,測試方法以各類标準爲依據,測量儀器以頻域爲基礎,試驗場地是進(jìn)行EMC測試的先決條件,也是衡量EMC工作水平的重要因素。EMC檢測受場地的影響很大,尤其以電磁輻射發(fā)射、輻射接收與輻射敏感度的測試對(duì)場地的要求最爲嚴格。
1.2電磁兼容類型
作爲EMC測試的實驗室大體有兩(liǎng)種(zhǒng)類型:
一種(zhǒng)是經(jīng)過(guò)EMC權威機構審定和質量體系認證而且具有法定測試資格的綜合性設計與測試實驗室,或稱檢測中心。
另一種(zhǒng)類型就(jiù)是根據本單位的實際需要和經(jīng)費情況而建立的具有一定測試功能(néng)的EMC實驗室。主要适用于預相容測試和EMC評估,也就(jiù)是爲了使産品在最後(hòu)進(jìn)行EMC認證之前,具有自測試和評估的手段。
1.3測試标準
國(guó)際标準化組織已經(jīng)和正在制定EMC的有關标準和規範。我國(guó)在這(zhè)方面(miàn)的起(qǐ)步雖然較晚,但發(fā)展很快。随著(zhe)市場經(jīng)濟的發(fā)展,我國(guó)要參與世界技術市場的競争,進(jìn)出口的電子産品都(dōu)必須通過(guò)EMC檢驗。我國(guó)1998年已立法強制對(duì)六類進(jìn)口電子産品及通信終端産品施行EMC檢測。
同時,國(guó)内也正在審定和驗收正式的EMC認證機構和實驗室。産品的EMC檢測是實現電磁兼容不可缺少的技術手段,強制貫徹電磁兼容标準,則是保證産品質量和提高市場競争力的先決條件。
2.電磁兼容測試的方法
2.1靜電抗擾度檢測
靜電分爲接觸放電和空氣放電,靜電是積累的高壓,當接觸到設備的金屬外殼時會(huì)瞬間放電,會(huì)影響到電子設備的正常工作,可能(néng)引起(qǐ)設備故障或重啓,在安全性要求較好(hǎo)的場合這(zhè)是不允許的。靜電會(huì)影響顯示效果,可能(néng)出現顯示閃爍或黑屏,影響正常顯示和操作。
2.2電快速瞬變脈沖群抗擾度檢測
電快速瞬變脈沖群是一系列的高頻高壓瞬變脈沖施加在設備上,觀察設備是否受到其影響。防護群脈沖主要的方法是“疏導”和“堵”,封閉磁環的效果好(hǎo)于對(duì)扣磁環,也可以將(jiāng)磁環加入到闆級中,固定在印制闆中,這(zhè)樣(yàng)使設備更可靠。對(duì)電源線、信号線、通訊線兩(liǎng)端增加磁環,可以對(duì)群脈沖幹擾進(jìn)行防護。
2.3雷擊浪湧檢測
雷擊浪湧主要包含兩(liǎng)個方面(miàn),一個是電源防雷,一個是信号防雷。電源防雷主要是針對(duì)系統級而言的,系統級設計要按照三級防雷設計,總電源進(jìn)入端設置電源防雷,可以對(duì)系統的電源進(jìn)行一級防護,電源經(jīng)過(guò)電源防雷後(hòu),進(jìn)入隔離變壓器,隔離變壓器可以對(duì)電磁幹擾信号進(jìn)行較好(hǎo)的防護,抑制其對(duì)系統的影響。信号防雷是對(duì)系統的信号通路進(jìn)行防護,主要涉及的是闆級設計,在闆級設計中增加防雷器件,如氣體放電管,增加TVS洩放回路,當有大電流時通過(guò)配套電阻和TVS、氣體放電管洩放,對(duì)後(hòu)級電路起(qǐ)到保護作用。而後(hòu)信号進(jìn)行光電隔離,再進(jìn)入系統,系統可以采集到一個穩定的信号,使系統正常分析判斷,正常發(fā)出指令,正常工作。另一方面(miàn)就(jiù)是設計較寬的信号範圍,信号正常波動時,系統正常工作。
2.4射頻場感應傳導的抗擾度檢測
射感試驗可能(néng)會(huì)對(duì)顯示信号、采集驅動等造成(chéng)影響,可能(néng)使顯示閃爍或黑屏,影響設備操作,可能(néng)使采集驅動工作異常,采集不到需要的信号,無法驅動現場設備。射頻試驗是0.15k~80M頻率範圍内對(duì)信号線、電源進(jìn)行幹擾,3級強度是10V/m。射感防護的原則是將(jiāng)電源、信号線的屏蔽做好(hǎo),屏蔽層良好(hǎo)接地,選擇合适頻率進(jìn)行濾波,將(jiāng)幹擾濾除。
2.5輻射發(fā)射檢測、射頻場輻射抗擾度檢測
該測試主要是測試系統的抗射頻信号及整體屏蔽性能(néng),隻要系統做好(hǎo)良好(hǎo)的屏蔽,系統地線接地良好(hǎo),系統就(jiù)可以通過(guò)檢測。通過(guò)相關電磁兼容測試,産品就(jiù)可以推向(xiàng)市場,進(jìn)行試運行了,對(duì)試運行中出現的問題,進(jìn)行彙總,以備産品的改進(jìn)。
3.電磁兼容性的控制方法
EMC技術在控制幹擾的策略上采取了主動預防、整體規劃和“對(duì)抗”與“疏導”相結合的方針。人類在征服大自然各種(zhǒng)災難性危害中,總結出的預防和救治、對(duì)抗和疏導等一系列策略,在控制電磁危害中同樣(yàng)是極其有效的思維方法。
采用衆所周知的抑制幹擾傳播的技術,也可以采取回避和疏導的技術處理,有時這(zhè)些回避和疏導技術簡單而巧妙,可以代替成(chéng)本費用昂貴而質量體積較大的硬件措施,收到事(shì)半功倍的效果。在解決電磁幹擾問題的時機上,應該由設備研制後(hòu)期暴露出不兼容問題而采取挽救修補措施的被(bèi)動控制方法,
轉變成(chéng)在設備設計初始階段就(jiù)開(kāi)展預測分析和設計,預先檢驗計算,并全面(miàn)規劃實施細則和步驟,做到防患于未然。把EMC設計和可靠性設計,維護性、維修性設計與産品的基本功能(néng)結構設計同時進(jìn)行,并行開(kāi)展。EMC控制技術是現代并行工程的組成(chéng)内容之一。EMC控制策略與控制技術方案可分爲如下幾類:
(1)傳輸通道(dào)抑制:具體方法有濾波、屏蔽、搭接、接地、布線。
(2)空間分離:地點位置控制、自然地形隔離、方位角控制、電場矢量方向(xiàng)控制。
(3)時間分隔:時間共用準則、雷達脈沖同步、主動時間分隔、被(bèi)動時
間分隔。
(4)頻率管理:頻率管制、濾波、頻率調制、數字傳輸、光電轉換。
(5)電氣隔離:變壓器隔離、光電隔離、繼電器隔離、DC/DC變換
4.電磁兼容性的設計方法
EMC設計的基本原則和方法,首先是根據産品設計對(duì)EMC提出的要求和相應指标,然後(hòu),依據EMC的有關标準和規範,將(jiāng)設計産品的EMC指标要求分解成(chéng)元器件級、電路級、模塊級和産品級的指标要求,再按照各級要實現的功能(néng)要求,逐級分層次的進(jìn)行設計。EMC設計應考慮的問題很多,但從根本上講,就(jiù)是如何提高設備的抗擾度和防止電磁洩漏。通常采取的措施,一方面(miàn)設備或系統本身應選用互相幹擾最小的設備、電路和部件,并進(jìn)行合理的布局。再就(jiù)是通過(guò)接地、屏蔽及濾波技術,抑制與隔離電磁騷擾。對(duì)不同的設備或系統有不同的設計方法和措施。
(1)元器件的選擇和電路的分析是EMC設計基礎。
(2)電源系統的EMC設計。
(3)接地系統的抗幹擾設計。
(4)印制電路闆的EMC設計。另外,值得注意的是在進(jìn)行EMC設計時,一定不能(néng)忽略對(duì)靜電放電的防護。ESD防護的關鍵,一是防止靜電核的産生和積累,再就(jiù)是阻隔ESD效應的發(fā)生。