電源適配器的電磁兼容技術

   電磁兼容學是一門新興的跨學科的綜合性應用學科?作為邊緣技術,它以電氣和無線電技術的基本理論為基礎,并涉及許多新的技術領域,如微波技術?微電子技術?計算機技術?通信和網絡技術以及新材料等?電磁兼容技術研究的范圍很廣,幾乎所有現代化工業領域,如電力?通信?交通?航天?軍工?計算機和醫療等都必須解決電磁兼容問題?其研究的熱點內容主要有:電磁干擾源的特性及其傳輸特性?電磁干擾的危害效應,電磁干擾的抑制技術?電磁頻譜的利用和管理?電磁兼容性標準與規范?電磁兼容性的測量與試驗技術?電磁泄漏與靜電放電等。

    電磁兼容的英文名稱為Electromagnetic Compatibility,簡稱EMC?所謂電磁兼容是指設備(分系統?系統)在共同的電磁環境中能一起執行各自功能的共存狀態?這里包含兩層意思,即它工作中產生的電磁發射要限制在一定水平內,另外它本身要有一定的抗干擾能力?這便是設備研制中所必須解決的兼容問題?電磁兼容技術涉及的頻率范圍寬達0~400GHz,研究對象除傳統設施外,還涉及芯片級,直到各種艦船?航天飛機?洲際導彈甚至整個地球的電磁環境?

電磁兼容學又是技術與管理并重的實用工程學?要想開展這樣的工程,需要投入大量的人力和財力?國際標準化組織已經正在制定EMC的有關標準和規范?我國在這方面的起步雖然較晚,但發展很快?隨著市場經濟的發展,我國要參與世界技術市場的競爭,進出口的電子產品都必須通過EMC檢驗?因此,我國政府和相關部門越來越關注EMC問題,不斷制定了有關的強制性貫徹標準?各部門和軍兵種也都開始研究并建立了不同規模的EMC實驗室和檢測中心,促進了EMC技術的普及?推廣和應用?我國在1998年已立法強制對六類進口電子產品(計算機?顯示器?打印機?電源適配器?電視機和音響)及通信終端產品施行EMC檢測?1999年國家質量監督局發布了《EMC認證管理辦法》?我國電子技術標準化研究所EMC測試實驗室被美國聯邦通信委員會通過了FCC認可?從2000年2月16,日起,出口美國的信息技術設備及發射和接收設備,由該實驗室出具的數據將被美國直接接受?產品的EMC檢測是實現電磁兼容不可缺少的技術手段,強制貫徹電磁兼容標準,則是保證產品質量和提高市場競爭力的先決條件?

  電磁兼容性技術又稱環境電磁學,在開始的時候它僅僅考慮的是對無線電廣播帶來的射頻干擾?但當今電子產品的數量越來越多,各種電子設備發射功越來越大,電子設備系統的靈敏度越來越高,并且接收微弱信號的能力越來越強,同時電子產品頻帶也越來越寬,尺寸越來越小,相互影響也越來越大?因此電磁騷擾不再局限于輻射,還要考慮感應?耦合和傳導等引起的電磁干擾,如電磁輻射照射對生物的危害?靜電?雷電等都屬于電磁兼容性范疇?本節只討論電子設備的系統?分系統的電磁兼容性問題?

電磁兼容三要素是干擾源(騷擾源)?耦合通路和敏感體?切斷以上任何一項都可解決電磁兼容問題,RE為輻射發射,Rs為輻射敏感度,CE為傳導發射,Cs為傳導敏感度?電磁兼容的解決常用的方法主要有屏蔽?接地和濾波。

電磁兼容技術名詞

  1.電磁兼容性

  電磁兼容性是指設備或者系統在其電磁環境中能正常工作,且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。

  2.電磁騷擾

  電磁騷擾是指任何可能引起設備?裝置或系統性能降低或者對有生命或者無生命物質產生損害作用的電磁現象?電磁騷擾可引起設備?傳輸通道或系統性能的下降?它的主要要素有自然和人為的騷擾源?通過公共地線阻抗/內阻的耦合?沿電源線傳導的電磁騷擾和輻射干擾等?電子系統受干擾的路徑為:經過電源,通過信號線或控制電纜?場滲透,經過天線直接進入;通過電纜耦合,從其他設備來的傳導干擾;電子系統內部場耦合;其他設備的輻射干擾;電子設備外部耦合到內部場;寬帶發射機天線系統;外部環境場等。

  3.電磁環境

  電磁環境是一種明顯不傳送信息的時變電磁現象,它可能與有用信號疊加或組合。

  4.電磁輻射

  電磁輻射是指電磁波由源發射到空間的現象?“電磁輻射”一詞的含義有時也可引申,將電磁感應現象也包含在內?RFI/EMI可以通過任何一種設備機殼的開口?通風孔?出入口?電纜?測量孔?門框?艙蓋?抽屜和面板以及機殼的非理想連接面等進行輻射?RFL/EMI也可由進入敏感設備的導線和電纜進行輻射,任何一個良好的電磁能量輻射器也可以作為良好的接收器?

  5.脈沖

  脈沖是指在短時間內突變,隨后又迅速返回至其初始值的物理量

6.共模干擾和差模干擾

  電源線上的干擾有共模干擾和差模干擾兩種方式?共模干擾存在于電源任何一相對大地或電線對大地之間?共模干擾有時也稱縱模干擾?不對稱干擾或接地干擾?這是載流導體與大地之間的干擾?差模干擾存在于電源相線與中線及相線與相線之間?差模干擾也稱常模干擾?橫模干擾或對稱干擾?這是載流導體之間的干擾?共模干擾提示了干擾是由輻射或串擾耦合到電路中的,而差模干擾則提示了干擾是源于同一條電源電路?通常這兩種干擾是同時存在的,由于線路阻抗的不平衡,兩種干擾在傳輸中還會相互轉化,所以情況十分復雜?干擾經長距離傳輸后,差模分量的衰減要比共模大,這是因為線間阻抗與線一地阻抗不同的緣故出于同一原因,共模干擾在線路傳輸中還會向鄰近空間輻射,而差模則不會,因此共模干擾差模更容易造成電磁干擾?不同的干擾方式要采取不同的干擾抑制方法才有效?判斷干擾方式的簡便方法是采用電流探頭?電流探頭先單獨環繞每根導線,得出單根導線的感應值,然后再環繞兩根導線(其中一根是地線),探測其感應情況?如感應值是增加的,則線路中干擾電流是共模的;反之則是差模的

7. 抗擾度電平

敏感性電平抗擾度電平是指將某給定的電磁騷擾施加于某一裝置?設備或者系統并使其仍然能夠正常工作且保持所需性能等級時的最大騷擾電平?也就是說,超過此電平時該裝置?設備或者系統就會出現性能降低?而敏感性電平是指剛剛開始出現性能降低的電平?所以對某一裝置?設備或者系統而言,抗擾度電平與敏感性電平是同一個數值

8.抗擾度裕量

  抗擾度裕量是指裝置?設備或者系統的抗擾度電平限值與電磁兼容電平之間的差值。

電磁兼容性的國內外標準

  要徹底消除設備的電磁搔擾及對外部一切電磁搔擾信號是不可能的?只能通過制定系統內設備與設備之間相互允許產生的電磁搔擾大小及抵抗電磁搔擾的能力的標準,才能使電氣設備及系統間達到電磁兼容性的要求?國內外大量的電磁兼容性標準,為系統內的設備能相互達到電磁兼容性的要求制定了約束條件

  國際無線電干擾特別委員會( CISPR)是國際電工委員會(EC)下屬的一個電磁兼容標準化組織,早在1934年就開展EMC標準的研究?CISPR16(《無線電干擾和抗擾度測量設備規范》)對電磁兼容性測量接收機?輔助設備的性能以及校準方法作出了詳細的要求?CISPR17(《無線電干擾濾波器及抑制元件的抑制特性測量》)制定了濾波器的測量方法?CISPR22(《信息技術設備的無線電搔擾限值和測量方法》)規定了信息技術設備在0.15~1000MHz頻率范圍內產生的電磁搔擾限值?CISPR24(《信息技術設備抗擾度限值和測量方法》)規定了信息技術設備對外部搔擾信號的時域及頻域的抗搔擾性能要求?其中CISPR16?CISPR22及CISPR24構成了信息技術設備(包括電源適配器設備)的電磁兼容性測試內容及測試方法要求,是目前電源適配器電磁兼容性設計的最基本要求?

  IEC最近也出版了大量的基礎性電磁兼容標準,其中最有代表性的是IEC61000系列標準,它規定了電子電氣設備的雷擊浪涌( SURGE)?靜電放電(ESD)?電快速瞬變脈沖群(EFT)?電流諧波?電壓跌落?電壓瞬變及短時中斷?電壓起伏和閃爍?輻射電磁場?由射頻電磁場引起的傳導搔擾抗擾度?傳導搔擾及輻射搔擾等的電磁兼容性要求。