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干货 | 带你了解 EMC—— 什么是 EMC?

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  • EMC

    中文名称:电磁兼容
    英文名称:Electro Magnetic Compatibility
    是指电子产品或电气设备在规定的电磁环境中,按设计要求正常工作的能力。
    EMC=EMI+EMS

    EMI:电磁干扰(ElectroMagnetic Interference)是指电子产品正常运行时,不应产生超过规定标准所要求的电磁能量,测试项及相应标准也根据产品功能、形态、应用场景的不同有所差异。

    基本的EMI测试项如下:

    1)电源线传导骚扰(CE)测试(FCC 450KHz-30MHz,CISPR 22 150KHz-30MHz)
    2)信号传导骚扰(CE)测试(FCC 450KHz-30MHz,CISPR 22 150KHz-30MHz)
    3)辐射骚扰(RE)测试(30MHz-1GHz)
    4)谐波电流(Harmonic) 测试(FCC part15:1GHz-18GHz,EN300 328:1GHz-12.75GHz)
    5)电压波动和闪烁(Fluctuation and Flicker) 测试

    判定等级:

    EMI 一般情况下以判定标准分为Class A (工业级)& Class B (民用消费类)两个等级;
    以辐射3m场测试为例:
    Class A在30-230MHz要求不能超过50dBuV
               在230-1000MHz要求不能超过57dBuV
    Class B在30-230MHz要求不能超过40dBuV
               在230-1000MHz要求不能超过47dBuV

    ————————————————————————

    EMS:电磁抗扰度(ElectroMagnetic Susceptibility)是指在一定环境中的电子产品能承受相应标准规定范围内的电磁能量干扰而正常运行,测试项及相应标准也根据产品功能、形态、应用场景的不同有所差异。

    基本的EMS测试项如下:

    1)静电放电抗扰度(ESD)
    2)电快速瞬变脉冲群抗扰度(EFT)
    3)浪涌(SURGE)
    4)辐射抗扰度(RS)
    5)传导抗扰度(CS)
    6)电压跌落与中断(DIP)

    判定等级:

    EMS中按照设备施加干扰后产品的运行转态分为Class A~D
    以静电测试为例:
    Class A: 测试完成后或测试中被测设备一直处于正常工作;
    Class B: 测试完成或测试中允许被测设备出现重启,不需要人为干预的情况下,可以恢复正常工作;
    Class C: 测试完成或测试中允许被测设备死机(或其他无法正常工作的现象),但是需要人为调整后可以重启并正常工作;

    Class D: 设备已损坏,无论怎样调整也无法启动。

    严格程度EMI是B > A,EMS是A > B > C > D。

    ——————————————————————

    国际标准:

    1,国际电工委员为IEC
    2,国际标准华组织ISO
    3,电气电子工程师学会IEEE,
    4,欧盟电信标准委员会ETSI,
    5,国际无线电通信咨询委员CCIR,
    6,国际通讯联盟ITU,
    7,国际电工委员会IEC有以下分会进行EMC标准研究

    各国产品安全和EMC认证组织

    中国:CCC
    中国台湾:CE
    欧州:CE
    日本:VCCI
    韩国:MIC
    美国:FCC
    加拿大:ICES
    澳洲:C-Tick

    ————————————————————

    EMC设计中注意事项:

    以AC/DC开关电源传导整改为例:

    1、传导测试中150KHZ-1MHz以差模干扰为主,1MHz-5MHz差模和共模共同起作用,5MHz 以上频点基本上是共模干扰;

    2、适当加大X电容可以优化150KHZ频点附近总超标的问题。

    3、1MHz以下超标可以加大PFC输入部分的单绕组电感的电感量。

    4、200KHz左右主要是漏感产生的尖刺;

    5,在共模电感上并联一个几K到几十K电阻,对拟制150KHZ-1MHz频点有帮助。

    6,共模电感的两边感量不对称,可引起传导150KHZ-3MHZ超标。

    7,20MHz左右主要是电路开关的噪声。

    8、在PCB设计时应将变压器和共模电感隔开一些以免互相干扰。

    9、三线输入的电源设计总将L、N进线接地的Y电容容量从2.2nF减小到471。

    10、对于有两级滤波的可将后级0.22uFX电容去掉,有时前后X电容会引起震荡。

    11、将共模电感前加一对小的几百uH差模电感。

    12、1-5MHz超标,对于差模干扰超标可调整X 电容量,添加差模电感器,调差模电感量。

    13,对于无Y电容电源,干扰在1M以前的共模干扰也非常厉害。

    14、绕制变压器时将所有同名端放在一边,可降低1.0MHZ-5.0MHZ传导干扰。

    15、对于小功率电源用两个差模电感,减少差模电感匝数可降低传导1MHZ以下干扰。

    16、加大Y电容,可降低传导中段1MHZ-5MHZ的共模干扰。

    17、在输入端滤波电容上并联小容量高压贴片电容,可降低传导中段1MHZ-5MHZ干扰。

    18、在变压器初级绕组上并绕一个屏蔽绕组,屏蔽绕组的一端接电源端另外一端通过一个电容接到地,对高频干扰有降低作用。

    19,通常通过加大Y电容容值将传导干扰降下来了,那么也可以改变变压器绕法来改良,如在初次级间加多几层胶带。

    20、将变压器电感量适当加大,可降低开关电源在半载时的传导干扰。

    21、将次级的辅助绕组用来屏蔽初级主绕组,可降低传导3-15MHZ干扰。

    22、在变压器的输入电压脚加一个小电容,可降低传导25MHZ-30MHZ干扰。

    23、可在MOS管D 端对地接一个101的电容,可降低传导25MHZ-30MHZ干扰。

    24、传导后段25MHZ超标可在输出端加共模电感 。

    以AC/DC开关电源辐射整改为例:

    1、30MHz-50MHz 普遍是MOS 管高速开通关断引起,50MHz-100MHZ 普遍是输出整流管反向恢复电流引起,再往上开关电源辐射量基本很小,一般都可以通过标准。

    2、RCD 缓冲电路采用1N4007 慢管,可降低30MHz-50MHz辐射干扰。

    3、VCC 供电电压用1N4007 慢管,可降低30MHz-50MHz辐射干扰。

    4、在MOS的D端对地接一个小的吸收电容,可降低30MHz-50MHz辐射干扰。

    5、在变压器的输入电压脚加一个小电容,可降低30MHz-50MHz辐射干扰。

    6、PCB Layout 时大电解电容,变压器,MOS 构成的电路环尽可能的小。

    7、变压器,输出二极管,输出平波电解电容构成的电路环尽可能的小。

    8、调整输出整流管的吸收电路参数,可以改善50MHz以上的干扰。

    9、改变初次级间跨接Y电容支路的阻抗,如串接适当的电阻,可以改善50MHz以上的干扰。

    10、变压器绕制时增加屏蔽铜箔可以抑制向空间辐射。

    当然每个设计由于PCB Layout、选用的物料、负载的应用场景等不同,测试过程中遇到的问题也不尽相同,对应的解决措施也可能不同,以上仅供参考。
    另外,在整改开关电源EMC时,传导和辐射要同时去看,整改传导的措施有可能会对辐射造成影响,反之相同,所以同样的频点超标,解决的办法并不唯一,需要全程对整个系统影响最小的方案。另外提示,整改EMC后最好对电源的效率、动态相应、负载调整率等关键指标需要负责,以免整改方案对这些重要指标造成不好的影响。
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