開關電源EMC總結

關于制訂電磁兼容標準的組織和標準的介紹：

IEC(國際電工委員會)：有兩個平行的組織制訂EMC標準，CISPR和TC77。

CISPR(國際無線電干擾特別委員會)：1934年成立。目前有七個分會：A分會(無線電干擾測量方法與統(tǒng)計方法)、B分會(工、科、醫(yī)療射頻設備的無線電干擾)、C分會(電力線、高壓設備和電牽引系統(tǒng)的無線電干擾)、D分會(機動車和內燃機的無線電干擾)、E分會(無線接收設備干擾特性)、F分會(家電、電動工具、照明設備及類似電器的無線電干擾)、G分會(信息設備的無線電干擾)。

TC77(第77技術委員會)：1981年成立。目前有3個分會：SC77A(低頻現(xiàn)象)、 SC77B(高頻現(xiàn)象)、 SC77C(對高空核電磁脈沖的抗擾性)。

CENELEC(歐洲電工標準化委員會)：由歐共體委員會授權制訂歐洲標準。EN標準中引用了很多CISPR和IEC標準，其對應關系如下：

EN55××× = CISPR標準， (例： EN55011 = CISPR Pub.11)

EN6×××× = IEC標準， (例： EN61000-4-3 = IEC61000-4-3 Pub.11)

EN50××× = CENELEC自定標準， (例： EN50801 )

FCC(聯(lián)邦通信委員會)全名為Federal Communications Commission：是管理電腦, 周邊及通信產品等銷售美國之審核授權機], 主要制訂民用產品標準，關于電磁兼容的標準主要包括在FCC Part15和FCC Part 18中。

FCC Part 15 subpart B定: 凡利用數(shù)位技g之電子b置或系y, 及使用或產生脈波頻率超過10KHz之器材,皆依規(guī)定進行測試認證后, 才可以在美國市場銷售。

MIL-STD(美軍標)：典型的是MIL-STD –461D。這個標準不僅規(guī)定了最大輻射發(fā)射和傳導發(fā)射的限制，還規(guī)定了系統(tǒng)對輻射和傳導干擾的敏感度要求。配套標準MIL-STD-462規(guī)定了必要的測試裝置。商業(yè)公司經常將MIL-STD-461中的某些部分作為產品內部EMC規(guī)范。

VCCI(干擾自愿控制委員會)：民間機構，其標準與CISPR和IEC一致。

GB(中國國家標準)：基本采用CISPR和IEC標準，目前已發(fā)布57個。

GJB(中國軍用標準)：基本采用美軍標，例如GJB151A = MIL-STD –461D。

軍用設備

為軍用設計的電子系統(tǒng)必須滿足MIL-STD-461D的要求， 另一個關于EMI的軍用標準是保密的TEMPEST計劃，這是用來保證保密通信系統(tǒng)安全的?，F(xiàn)在可以接收并復現(xiàn)出大多數(shù)電子設備政黨工作時所發(fā)射的功率很低的射頻信號。象對電子竊聽很脆弱的CRT終端那樣的軍用產品就屬于TEMPEST的范疇。在實踐中，TEMPEST控制設備和系統(tǒng)的發(fā)射，使無法解譯攜帶信息的信號。

由于關于EMC的法規(guī)和標準十分復雜，關于信息技術設備的相關標準總結在表1.9中。一些標準的頻率范圍在圖1-3中標明。

CE標示: 源自歐共體各會員國(European Community)縮寫的總稱, K以此為標志。規(guī)范產品是否符合歐體為保障民眾安全健康以及環(huán)境保護等利益所訂定之基本安全要求。

CE = EMC + LVD EMC : 磁干擾及電磁相容性 LVD : 低電壓指令

測量場地：GB要求在開闊場地中測量，GJB要求在屏蔽半無反射室中測量，由于電磁環(huán)境日趨惡化，開闊場中的背景干擾往往嚴重影響測量，因此，GB測量也開始在屏蔽半無反射室中做，但要求半無反射室中的電磁場分布與開闊場近似。

天線到EUT(受試設備)的距離：GB要求為3米、10米或30米，GJB要求為1米;

測量內容：GB僅測量電場輻射發(fā)射，GJB對電場輻射和磁場輻射都要測量;

測量頻率范圍：GB規(guī)定的測量范圍為30MHz ~ 1GHz，隨著時鐘頻率的升高，有擴展到18GHz的趨勢，GJB規(guī)定的測量頻率范圍為10kHz ~ 18GHz。

EUT的布置：GB和GJB都要求EUT按照實際工作狀態(tài)布置(互聯(lián)電纜和所連接的外部設備全部按實際狀態(tài)連接)，GB要求EUT放置在木制測試臺上，GJB要求EUT放置在金屬板上。距離地面的距離為0.8米;

檢波方式：干擾測量儀的讀數(shù)與檢波方式有關，因此標準中都明確規(guī)定檢波方式，GB要求準峰值檢波，GJB要求峰值檢波;

最大輻射點：與處理電磁兼容問題的原則相同，僅關心最壞情況。因此，以EUT的最大輻射值為測量結果。最大輻射值的含義有4個，第一：EUT的工作狀態(tài)處于最大輻射狀態(tài)，第二：EUT最大輻射面對著天線，第三：天線的極化方向為接收最大場強的方向，第四：天線的高度為接收最大場強的位置。GJB中，沒有第四點的要求，即，天線的高度是固定的。

測量設備：

騷擾測量設備：用來定量計量騷擾強度的設備，可以是EMI測量接收機，也可以是頻譜分析儀，頻率范圍要覆蓋150KHz~30MHz，具有峰值、準峰值和平均值檢波功能。

線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(LISN)：由于電源端子傳導發(fā)射的強度與電網(wǎng)的阻抗有關，因此為了使測量具有唯一性，必須在特定的阻抗條件下測量，LISN就提供了這樣一個環(huán)境，GB9254標準中使用的LISN為50Ω/50μH。

接地平板：受試設備要放置在接地金屬板上進行試驗，該金屬板比被測設備邊框大0.5米，最小尺寸為2m×2m。

電快速脈沖試驗模擬電網(wǎng)中的感性負載斷開時產生的干擾。這種干擾不僅會出現(xiàn)在電源線上，而且會耦合到信號線上。因此，這個試驗要對電源線和信號線做。設備能夠通過浪涌試驗，并不意味著也能通過電快速脈沖試驗。一方面是因為后者的頻率成份遠高于前者，具備不同的干擾機理，令一方面是因為電快速脈沖試驗中施加的干擾是重復性，這對電路具有一種積分效應，是電路中的積分型抗干擾電路實效。

頻譜分析儀能夠快速地在較寬的頻率范圍內掃描，因此是診斷電磁干擾發(fā)射的方便工具。使用頻譜分析儀時需要注意的問題：頻譜分析儀不能觀測瞬間干擾，如靜電放電、雷電等;頻譜分析儀的掃描時間不能設置得太短，即不能使掃描速度太快;從頻譜分析儀屏幕上讀取頻率與幅度數(shù)據(jù)時，其精度與頻譜儀的掃描范圍有關，范圍越窄，精度越高;當輸入信號過大時，頻譜分析儀會發(fā)生過載，使讀取的幅度數(shù)據(jù)比實際的小，用輸入衰減器可以避免過載;減小頻譜儀的中頻帶寬可以提高儀器的靈敏度(和選擇性)，但掃描時間會更長;寬帶信號的幅度會隨著中頻分辨帶寬的增加而增加。

電磁干擾(EMI)接收機是另一種測量電磁干擾的設備，許多人在選購儀器時搞不懂接收機與頻譜儀之間的區(qū)別，下面做一簡單比較：

所有的接收機都標準配置預選器(頻譜儀需要選配)，能夠有效地抑制帶外噪聲;所有的接收機用基頻混頻方式(頻譜儀使用基頻和諧頻混頻)，具有較高的靈敏度;接收機的中頻濾波器為矩形(頻譜儀的中頻濾波器為高斯形)，具有更好的選擇性;接收機適合于正式測量，不適合于診斷。

EMC試驗室有華測(CTI)、SGS、信測、信華、華通威、冠準、莫特、廣州ETL、廣州五所、東莞經續(xù)、東莞沃特、厚街北南、長安世鴻、長安碩信(ATT)、大朗信寶、塘夏歐標、摩爾實驗室、經續(xù)檢驗技術有限公司等。像美國的FCC只測EMI中的輻射和傳導，不測EMS。有些國家EMI和EMS是分開測的，有些國家是一起像CCC認證CE認證?，F(xiàn)在很多電器類產品做CE還要加測電磁波騷擾EMF，標準是EN-50336。電源EMI技術就算能達到標準，有的產品要求要達一定的濕度測試。在深圳濕試控制都比較難做。深圳幾家大實驗室，都比較難，空間問題。EMI不只包括傳導，輻射，電流諧波與電壓閃爍也是EMI的部分。諧波和閃爍是設備對外的，而不是外界對設備的，所以是EMI，不是EMS。

開關電源電磁干擾的產生機理及其傳播途徑

功率開關器件的高額開關動作是導致開關電源產生電磁干擾(EMI)的主要原因。開關頻率的提高一方面減小了電源的體積和重量，另一方面也導致了更為嚴重的EMI問題。開關電源工作時，其內部的電壓和電流波形都是在非常短的時間內上升和下降的，因此，開關電源本身是一個噪聲發(fā)生源。開關電源產生的干擾，按噪聲干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分,可分為傳導干擾和輻射干擾兩種。使電源產生的干擾不至于對電子系統(tǒng)和電網(wǎng)造成危害的根本辦法是削弱噪聲發(fā)生源，或者切斷電源噪聲和電子系統(tǒng)、電網(wǎng)之間的耦合途徑?，F(xiàn)在按噪聲干擾源來分別說明：

1、二極管的反向恢復時間引起的干擾

交流輸入電壓經功率二極管整流橋變?yōu)檎颐}動電壓，經電容平滑后變?yōu)橹绷?，但電容電流的波形不是正弦波而是脈沖波。由電流波形可知，電流中含有高次諧波。大量電流諧波分量流入電網(wǎng)，造成對電網(wǎng)的諧波污染。另外，由于電流是脈沖波，使電源輸入功率因數(shù)降低。

高頻整流回路中的整流二極管正向導通時有較大的正向電流流過，在其受反偏電壓而轉向截止時，由于PN結中有較多的載流子積累，因而在載流子消失之前的一段時間里，電流會反向流動，致使載流子消失的反向恢復電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。

2、開關管工作時產生的諧波干擾

功率開關管在導通時流過較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在 阻性負載時近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當采用零電流、零電壓開關時,這種諧 波干擾將會很小。另外,功率開關管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會產生 尖峰干擾。

3、交流輸入回路產生的干擾

無工頻變壓器的開關電源輸入端整流管在反向恢復期間會引起高頻衰減振蕩產生干擾。開關電源產生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過開關電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導干擾;而諧波和寄生振蕩的能量，通過輸入輸出線傳播時，都會在空間產生電場和磁場。這種通過電磁輻射產生的干擾稱為輻射干擾。

4、其他原因

元器件的寄生參數(shù)，開關電源的原理圖設計不夠完美，印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布 置，具有很大的隨意性，PCB的近場干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會造成EMI干擾。這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場干擾估計的難度。