電源適配器的電磁兼容技術(shù)

   電磁兼容學(xué)是一門新興的跨學(xué)科的綜合性應(yīng)用學(xué)科?作為邊緣技術(shù),它以電氣和無線電技術(shù)的基本理論為基礎(chǔ),并涉及許多新的技術(shù)領(lǐng)域,如微波技術(shù)?微電子技術(shù)?計(jì)算機(jī)技術(shù)?通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及新材料等?電磁兼容技術(shù)研究的范圍很廣,幾乎所有現(xiàn)代化工業(yè)領(lǐng)域,如電力?通信?交通?航天?軍工?計(jì)算機(jī)和醫(yī)療等都必須解決電磁兼容問題?其研究的熱點(diǎn)內(nèi)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(yīng),電磁干擾的抑制技術(shù)?電磁頻譜的利用和管理?電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范?電磁兼容性的測量與試驗(yàn)技術(shù)?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(shè)備(分系統(tǒng)?系統(tǒng))在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)?這里包含兩層意思,即它工作中產(chǎn)生的電磁發(fā)射要限制在一定水平內(nèi),另外它本身要有一定的抗干擾能力?這便是設(shè)備研制中所必須解決的兼容問題?電磁兼容技術(shù)涉及的頻率范圍寬達(dá)0~400GHz,研究對象除傳統(tǒng)設(shè)施外,還涉及芯片級,直到各種艦船?航天飛機(jī)?洲際導(dǎo)彈甚至整個地球的電磁環(huán)境?

電磁兼容學(xué)又是技術(shù)與管理并重的實(shí)用工程學(xué)?要想開展這樣的工程,需要投入大量的人力和財(cái)力?國際標(biāo)準(zhǔn)化組織已經(jīng)正在制定EMC的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范?我國在這方面的起步雖然較晚,但發(fā)展很快?隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國要參與世界技術(shù)市場的競爭,進(jìn)出口的電子產(chǎn)品都必須通過EMC檢驗(yàn)?因此,我國政府和相關(guān)部門越來越關(guān)注EMC問題,不斷制定了有關(guān)的強(qiáng)制性貫徹標(biāo)準(zhǔn)?各部門和軍兵種也都開始研究并建立了不同規(guī)模的EMC實(shí)驗(yàn)室和檢測中心,促進(jìn)了EMC技術(shù)的普及?推廣和應(yīng)用?我國在1998年已立法強(qiáng)制對六類進(jìn)口電子產(chǎn)品(計(jì)算機(jī)?顯示器?打印機(jī)?電源適配器?電視機(jī)和音響)及通信終端產(chǎn)品施行EMC檢測?1999年國家質(zhì)量監(jiān)督局發(fā)布了《EMC認(rèn)證管理辦法》?我國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所EMC測試實(shí)驗(yàn)室被美國聯(lián)邦通信委員會通過了FCC認(rèn)可?從2000年2月16,日起,出口美國的信息技術(shù)設(shè)備及發(fā)射和接收設(shè)備,由該實(shí)驗(yàn)室出具的數(shù)據(jù)將被美國直接接受?產(chǎn)品的EMC檢測是實(shí)現(xiàn)電磁兼容不可缺少的技術(shù)手段,強(qiáng)制貫徹電磁兼容標(biāo)準(zhǔn),則是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高市場競爭力的先決條件?

  電磁兼容性技術(shù)又稱環(huán)境電磁學(xué),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(dāng)今電子產(chǎn)品的數(shù)量越來越多,各種電子設(shè)備發(fā)射功越來越大,電子設(shè)備系統(tǒng)的靈敏度越來越高,并且接收微弱信號的能力越來越強(qiáng),同時電子產(chǎn)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(yīng)?耦合和傳導(dǎo)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(jié)只討論電子設(shè)備的系統(tǒng)?分系統(tǒng)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(xiàng)都可解決電磁兼容問題,RE為輻射發(fā)射,Rs為輻射敏感度,CE為傳導(dǎo)發(fā)射,Cs為傳導(dǎo)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(shù)名詞

  1.電磁兼容性

  電磁兼容性是指設(shè)備或者系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作,且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)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(shè)備?裝置或系統(tǒng)性能降低或者對有生命或者無生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象?電磁騷擾可引起設(shè)備?傳輸通道或系統(tǒng)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(nèi)阻的耦合?沿電源線傳導(dǎo)的電磁騷擾和輻射干擾等?電子系統(tǒng)受干擾的路徑為:經(jīng)過電源,通過信號線或控制電纜?場滲透,經(jīng)過天線直接進(jìn)入;通過電纜耦合,從其他設(shè)備來的傳導(dǎo)干擾;電子系統(tǒng)內(nèi)部場耦合;其他設(shè)備的輻射干擾;電子設(shè)備外部耦合到內(nèi)部場;寬帶發(fā)射機(jī)天線系統(tǒng);外部環(huán)境場等。

  3.電磁環(huán)境

  電磁環(huán)境是一種明顯不傳送信息的時變電磁現(xiàn)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(fā)射到空間的現(xiàn)象?“電磁輻射”一詞的含義有時也可引申,將電磁感應(yīng)現(xiàn)象也包含在內(nèi)?RFI/EMI可以通過任何一種設(shè)備機(jī)殼的開口?通風(fēng)孔?出入口?電纜?測量孔?門框?艙蓋?抽屜和面板以及機(jī)殼的非理想連接面等進(jìn)行輻射?RFL/EMI也可由進(jìn)入敏感設(shè)備的導(dǎo)線和電纜進(jìn)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(nèi)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(dǎo)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?qū)ΨQ干擾?這是載流導(dǎo)體之間的干擾?共模干擾提示了干擾是由輻射或串?dāng)_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(zhuǎn)化,所以情況十分復(fù)雜?干擾經(jīng)長距離傳輸后,差模分量的衰減要比共模大,這是因?yàn)榫€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(dú)環(huán)繞每根導(dǎo)線,得出單根導(dǎo)線的感應(yīng)值,然后再環(huán)繞兩根導(dǎo)線(其中一根是地線),探測其感應(yīng)情況?如感應(yīng)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(shè)備或者系統(tǒng)并使其仍然能夠正常工作且保持所需性能等級時的較大騷擾電平?也就是說,超過此電平時該裝置?設(shè)備或者系統(tǒng)就會出現(xiàn)性能降低?而敏感性電平是指剛剛開始出現(xiàn)性能降低的電平?所以對某一裝置?設(shè)備或者系統(tǒng)而言,抗擾度電平與敏感性電平是同一個數(shù)值

8.抗擾度裕量

  抗擾度裕量是指裝置?設(shè)備或者系統(tǒng)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(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)

  要徹底消除設(shè)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(tǒng)內(nèi)設(shè)備與設(shè)備之間相互允許產(chǎn)生的電磁搔擾大小及抵抗電磁搔擾的能力的標(biāo)準(zhǔn),才能使電氣設(shè)備及系統(tǒng)間達(dá)到電磁兼容性的要求?國內(nèi)外大量的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn),為系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備能相互達(dá)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(biāo)準(zhǔn)化組織,早在1934年就開展EMC標(biāo)準(zhǔn)的研究?CISPR16(《無線電干擾和抗擾度測量設(shè)備規(guī)范》)對電磁兼容性測量接收機(jī)?輔助設(shè)備的性能以及校準(zhǔn)方法作出了詳細(xì)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(shù)設(shè)備的無線電搔擾限值和測量方法》)規(guī)定了信息技術(shù)設(shè)備在0.15~1000MHz頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生的電磁搔擾限值?CISPR24(《信息技術(shù)設(shè)備抗擾度限值和測量方法》)規(guī)定了信息技術(shù)設(shè)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(gòu)成了信息技術(shù)設(shè)備(包括電源適配器設(shè)備)的電磁兼容性測試內(nèi)容及測試方法要求,是目前電源適配器電磁兼容性設(shè)計(jì)的較基本要求?

  IEC較近也出版了大量的基礎(chǔ)性電磁兼容標(biāo)準(zhǔn),其中較有代表性的是IEC61000系列標(biāo)準(zhǔn),它規(guī)定了電子電氣設(shè)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(dǎo)搔擾抗擾度?傳導(dǎo)搔擾及輻射搔擾等的電磁兼容性要求。