第1章 EMC與EMC設計基礎

1.1 什么是EMC和EMC設計

EMC（Electromagnetic Compatibility，電磁兼容）是指電子、電氣設備或系統在預期的電磁環境中，按設計要求正常工作的能力。它是電子、電氣設備或系統的一種重要的技術性能。就世界范圍來說，電磁兼容問題已經形成一門新的學科，它是一門以電磁場理論為基礎，涉及信息、電工、電子、通信、材料、結構等學科的邊緣科學，同時也是一門實踐性很強的學科。電磁兼容的中心課題是研究控制和消除EMI（Electromagnetic Interference，電磁干擾），使電子設備或系統與其他設備聯系在一起工作時，不引起設備或系統的任何部分的工作性能惡化或降低。按照國際標準和國家標準的要求，被干擾對象一般分成兩類：無線電接收設備；非無線電接收設備。對于無線電接收設備，由于涉及頻譜資源的利用，其電磁兼容問題主要靠降低周邊其他設備的無意電磁輻射發射值來實現；對于非無線電接收設備，其電磁兼容問題是研究其在應用環境中實際發生的干擾值為基礎，并把干擾值作為對非無線電接收設備本身的抗干擾能力要求來實現的。這樣來看，工程領域中一個設計理想的電子設備或系統應不發射任何不希望的能量，是指對無線電接收機的保護；而不受任何不希望有的能量的影響，是指電子設備本身的抗干擾能力。當然，在電子設備或系統出廠前，衡量其EMC性能好壞的主要依據就是EMC測試。產品在實際應用環境中發生的騷擾與干擾如圖1-1所示。

目前，衡量一個產品的EMC性能主要從以下三個方面考慮：

（1）基于無線電保護的EMI性能：處在一定環境中的設備或系統，在正常運行時不應產生超過相應標準所要求的射頻電磁能量。這部分的測試方法與限值標準制修訂由IEC/CISPR（國際電工委員會/國際無線電干擾特別委員會）負責。這樣的電磁干擾有：

● 從電源線傳導出來的電磁騷擾；

● 從信號線、控制線傳導出來的騷擾；

● 從產品殼體（包括產品中的所有電纜）輻射出來的騷擾。

（2）基于電網用電安全的EMI性能：處在一定環境中的設備或系統，在正常運行時不應產生超過相應標準所要求的能量。這部分的測試方法與限值標準制修訂由IEC/TC77（國際電工委員會/第77技術委員會）負責。這樣的電磁干擾有：

● 從電源接口傳導出來的諧波（Harmonic）電流；

● 電源接口產生的電壓波動和閃爍（Fluctuation and Flicker）測量。

（3）EMS（Electromagnetic Susceptibility，電磁抗擾度）性能：處在一定環境中的設備或系統，在正常運行時設備或系統能承受各種類型的電磁能量干擾。這部分的測試方法與標準制修訂由IEC/TC77（國際電工委員會/第77技術委員會）負責，對產品的具體要求及標準修訂由IEC/CISPR（國際電工委員會/國際無線電干擾特別委員會）負責。這種電磁能量干擾主要有：

● 靜電放電；

● 電源接口的電快速瞬變脈沖群；

● 信號線、控制線接口的電快速瞬變脈沖群；

● 電源接口的浪涌和雷擊；

● 信號線、控制線接口的浪涌和雷擊；

● 從空間傳遞給產品殼體的電磁輻射；

● 從電源接口傳入的傳導干擾；

● 電源接口的電壓跌落與中斷。

EMC設計是指在產品設計過程中利用一定的設計技巧和額外的技術手段，使產品的EMC性能（包括產品的抗干擾能力和產品的騷擾水平）提高，并能在一定環境中按照產品的設計期望正常運行。為了衡量在實際應用環境中產品的EMC性能，需要進行EMC測試。對應以上產品各項EMC指標，EMC測試通常分為EMI測試和EMS測試兩大方面。

（1）EMI測試：

● 電源線傳導騷擾（CE）測試；

● 信號、控制線傳導騷擾（CE）測試；

● 輻射騷擾（RE）測試；

● 諧波電流測試；

● 電壓波動和閃爍測試。

（2）EMS測試：

● 靜電放電（Electrostatic Discharge，ESD）抗擾度測試；

● 電源接口的電快速瞬變脈沖群（EFT/B）抗擾度測試；

● 信號線、控制線的電快速瞬變脈沖群（EFT/B）抗擾度測試；

● 電源接口的浪涌（Surge）和雷擊測試；

● 信號線、控制線的浪涌（Surge）和雷擊測試；

● 殼體輻射抗擾度（RS）測試；

● 電源接口傳導抗擾度（CS）測試；

● 信號線、控制線的傳導抗擾度（CS）測試；

● 電源接口的電壓跌落與中斷測試（DIP）。

對于汽車及車載電子設備，由于其電磁環境與供電環境相對特殊，其EMC測試也相對特殊，但也可分為EMI測試和EMS測試兩大類。測試項目主要參考ISO、CISPR標準，具體的EMC測試項目包括：

（1）EMI測試。

● 符合CISPR25（對應國標GB18655）、CISPR12（對應國標GB14023）標準的輻射騷擾測試；

● 符合CISPR25（對應國標GB18655）標準的傳導耦合/瞬態發射騷擾測試。

（2）EMS測試。

● 符合ISO7637-1/2標準規定的電源線傳導耦合/瞬態抗擾度測試；

● 符合ISO7637-3標準規定的傳感器電纜與控制電纜傳導耦合/瞬態抗擾度測試；

● 符合ISO11452-7（對應國標GB17619）標準規定的射頻傳導抗擾度測試；

● 符合ISO11452-2（對應國標GB17619）標準規定的輻射場抗擾度測試；

● 符合ISO11452-3（對應國標GB17619）標準規定的橫電磁波（TEM）小室的輻射場抗擾度測試；

● 符合ISO11452-4（對應國標GB17619）標準規定的大電流注入（BCI）抗擾度測試；

● 符合ISO11452-5（對應國標GB17619）標準規定的帶狀線抗擾度測試；

● 符合ISO11452-6（對應國標GB17619）標準規定的三平板抗擾度測試；

● 符合ISO10605標準規定的靜電放電抗擾度測試。

EMC設計不能像硬件電路設計、結構設計、軟件設計等設計活動一樣單獨存在，它是依附于產品設計活動中的一種特殊的活動。如果一定要對EMC設計活動進行分類，那么主要包括：

● 產品的EMC標準和需求分析；

● 產品機械構架的EMC設計，包括產品的電纜設計；

● 電路原理圖的EMC設計；

●PCB的EMC設計；

●EMC測試過程中出現問題的改進。