電源適配器的電磁兼容技術(shù)

   電磁兼容學(xué)是一門(mén)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(wú)線(xiàn)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(wèn)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(cè)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(chēng)為Electromagnetic Compatibility,簡(jiǎn)稱(chēng)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(wèn)題?電磁兼容技術(shù)涉及的頻率范圍寬達(dá)0~400GHz,研究對(duì)象除傳統(tǒng)設(shè)施外,還涉及芯片級(jí),直到各種艦船?航天飛機(jī)?洲際導(dǎo)彈甚至整個(gè)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(kāi)展這樣的工程,需要投入大量的人力和財(cái)力?國(guó)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(guó)在這方面的起步雖然較晚,但發(fā)展很快?隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國(guó)要參與世界技術(shù)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng),進(jìn)出口的電子產(chǎn)品都必須通過(guò)EMC檢驗(yàn)?因此,我國(guó)政府和相關(guān)部門(mén)越來(lái)越關(guān)注EMC問(wèn)題,不斷制定了有關(guān)的強(qiáng)制性貫徹標(biāo)準(zhǔn)?各部門(mén)和軍兵種也都開(kāi)始研究并建立了不同規(guī)模的EMC實(shí)驗(yàn)室和檢測(cè)中心,促進(jìn)了EMC技術(shù)的普及?推廣和應(yīng)用?我國(guó)在1998年已立法強(qiáng)制對(duì)六類(lèi)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(cè)?1999年國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督局發(fā)布了《EMC認(rèn)證管理辦法》?我國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所EMC測(cè)試實(shí)驗(yàn)室被美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)通過(guò)了FCC認(rèn)可?從2000年2月16,日起,出口美國(guó)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(guó)直接接受?產(chǎn)品的EMC檢測(cè)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的先決條件?

  電磁兼容性技術(shù)又稱(chēng)環(huán)境電磁學(xué),在開(kāi)始的時(shí)候它僅僅考慮的是對(duì)無(wú)線(xiàn)電廣播帶來(lái)的射頻干擾?但當(dāng)今電子產(chǎn)品的數(shù)量越來(lái)越多,各種電子設(shè)備發(fā)射功越來(lái)越大,電子設(shè)備系統(tǒng)的靈敏度越來(lái)越高,并且接收微弱信號(hào)的能力越來(lái)越強(qiáng),同時(shí)電子產(chǎn)品頻帶也越來(lái)越寬,尺寸越來(lái)越小,相互影響也越來(lái)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(duì)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(wèn)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(wèn)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(duì)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(duì)有生命或者無(wú)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(guò)公共地線(xiàn)阻抗/內(nèi)阻的耦合?沿電源線(xiàn)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(guò)電源,通過(guò)信號(hào)線(xiàn)或控制電纜?場(chǎng)滲透,經(jīng)過(guò)天線(xiàn)直接進(jìn)入;通過(guò)電纜耦合,從其他設(shè)備來(lái)的傳導(dǎo)干擾;電子系統(tǒng)內(nèi)部場(chǎng)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(chǎng);寬帶發(fā)射機(jī)天線(xiàn)系統(tǒng);外部環(huán)境場(chǎng)等。

  3.電磁環(huán)境

  電磁環(huán)境是一種明顯不傳送信息的時(shí)變電磁現(xiàn)象,它可能與有用信號(hào)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(shí)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(guò)任何一種設(shè)備機(jī)殼的開(kāi)口?通風(fēng)孔?出入口?電纜?測(cè)量孔?門(mén)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(xiàn)和電纜進(jìn)行輻射,任何一個(gè)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(shí)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(xiàn)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(duì)大地或電線(xiàn)對(duì)大地之間?共模干擾有時(shí)也稱(chēng)縱模干擾?不對(duì)稱(chēng)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(xiàn)與中線(xiàn)及相線(xiàn)與相線(xiàn)之間?差模干擾也稱(chēng)常模干擾?橫模干擾或?qū)ΨQ(chēng)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(shí)存在的,由于線(xiàn)路阻抗的不平衡,兩種干擾在傳輸中還會(huì)相互轉(zhuǎn)化,所以情況十分復(fù)雜?干擾經(jīng)長(zhǎng)距離傳輸后,差模分量的衰減要比共模大,這是因?yàn)榫€(xiàn)間阻抗與線(xiàn)一地阻抗不同的緣故出于同一原因,共模干擾在線(xiàn)路傳輸中還會(huì)向鄰近空間輻射,而差模則不會(huì),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(jiǎn)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(xiàn),得出單根導(dǎo)線(xiàn)的感應(yīng)值,然后再環(huán)繞兩根導(dǎo)線(xiàn)(其中一根是地線(xiàn)),探測(cè)其感應(yīng)情況?如感應(yīng)值是增加的,則線(xiàn)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(jí)時(shí)的最大騷擾電平?也就是說(shuō),超過(guò)此電平時(shí)該裝置?設(shè)備或者系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)性能降低?而敏感性電平是指剛剛開(kāi)始出現(xiàn)性能降低的電平?所以對(duì)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(gè)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(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)

  要徹底消除設(shè)備的電磁搔擾及對(duì)外部一切電磁搔擾信號(hào)是不可能的?只能通過(guò)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(guó)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(guó)際無(wú)線(xiàn)電干擾特別委員會(huì)( CISPR)是國(guó)際電工委員會(huì)(EC)下屬的一個(gè)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化組織,早在1934年就開(kāi)展EMC標(biāo)準(zhǔn)的研究?CISPR16(《無(wú)線(xiàn)電干擾和抗擾度測(cè)量設(shè)備規(guī)范》)對(duì)電磁兼容性測(cè)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(wú)線(xiàn)電干擾濾波器及抑制元件的抑制特性測(cè)量》)制定了濾波器的測(cè)量方法?CISPR22(《信息技術(shù)設(shè)備的無(wú)線(xiàn)電搔擾限值和測(cè)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(cè)量方法》)規(guī)定了信息技術(shù)設(shè)備對(duì)外部搔擾信號(hào)的時(shí)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(cè)試內(nèi)容及測(cè)試方法要求,是目前電源適配器電磁兼容性設(shè)計(jì)的最基本要求?

  IEC最近也出版了大量的基礎(chǔ)性電磁兼容標(biāo)準(zhǔn),其中最有代表性的是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(shí)中斷?電壓起伏和閃爍?輻射電磁場(chǎng)?由射頻電磁場(chǎng)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。