電磁兼容產生的原因及解決方法

如今，電磁干擾越來越成為產品關注的焦點，也成為產品進入國外市場的重要瓶頸。由于中國長期忽視這一領域，以及測試設備及其昂貴等諸多因素，中國在這一領域的發展相對緩慢。

了解這一領域的工程師很少，這已經成為大多數工程師和國內企業研發部門最頭疼的問題。當他們解決這些產品的問題時，他們中的大多數人都是盲人。在走了很多彎路后，他們幾乎沒有解決這個問題。這種經驗是不可復制的，在以下產品的開發中仍然會面臨各種各樣的問題，即使在解決的產品中，商品數量不夠，在批量生產中，更隨機。

電磁兼容真的那么難嗎？

今天，讓我們拋開事物的謎團，掌握事物的本質，徹底理解和掌握電磁兼容性的原因，找到解決辦法，讓工程師睡個好覺。

破解模擬硬件設計有三個定律：

一、源、回路、阻抗；

第二，電路是波形整形，從無用的波形到有用的波形，包括形狀和相位整形；

第三，熟悉元器件的參數、包裝、魯棒性和成本，從而在臨界區域設計產品。

在這里，我們可以利用第一定律源、電路和阻抗將其融入產品設計，幫助我們糾正電磁兼容性問題，利用第三定律的組件進行包裝，優化電磁兼容性問題。

電磁兼容性，簡稱EMC(Electromagneticompatibility)。它包括兩個方面，一個是干擾其他電氣產品，簡稱EMI(electromagnetinetice)，即電磁干擾；另一種是被其他電氣產品干擾，稱為抗干擾。我們用EMS(electromagnetictictibility)說。

為了解決電磁兼容性問題，我們必須首先了解頻率帶寬的問題。一般來說，帶寬是信號的頻率，而信號頻率的本質是信號的速度。那么，信號速度的本質是什么呢？它是信號的上升斜率和下降斜率。信號斜率（包括信號的上升斜率和下降斜率，統稱為這里），信號斜率越慢，絕大多數只能通過導線傳輸，其頻率一般在0-30mHz之間，這是我們傳輸測試的關鍵測試。信號斜率越快（一般頻率在30mHz-3zHz之間，即所謂的帶寬），可以通過天線輻射到空間，包括電源引入線，包括元件的圓角，包括直角。

測量哪些內容？

EMC測量包括兩個方面：第一傳導測試和第二輻射測試。傳導測試主要測量導線，輻射測試主要測試空間4米天線和10米天線。

ESD測試是什么？

ESD測試是關于靜電測試的。當靜電擊中產品時，產品不會異常運行。

噪音是什么？

一般來說，我們統稱輸入的無用信號為噪聲。起初，由于電源發出一些聲音，我們稱之為噪聲，但實際上，人耳接收頻段的能力有限，2Hz-2KHz。事實上，更多的頻段信息（無用信號）是聽不見的，所以我們稱所有對設備本身無用的信號為噪聲。簡而言之，所有無用的波形都是噪音。

因此，干擾應包括三個要素：騷擾源、傳播途徑和敏感設備。騷擾源有兩種，一種是電場騷擾源，另一種是磁場騷擾源。

從第一大定律來看，源-這里的源是指騷擾源，包括電場、磁場和電磁場引起的騷擾。然后，從這個頻段的角度來看，30m以下的傳導干擾和30m以上的輻射干擾。電路-30m以下的傳導干擾，其傳輸路徑（電路）為引線，也包括PCB接線；30m以上的干擾，其傳輸路徑為空間，由天線發射和接收。阻抗-阻抗是指電路中波形衰減的能力稱為阻抗。從兩個主要方向回答，仍然從傳導和輻射進行分析。首先，討論傳導阻抗的問題。傳導阻抗可以在電路中有兩個方面，第一個方面是差模干擾，第二個是共模干擾。

差模干擾是指兩條電源線之間的抑制和衰減，主要通過選擇合適的電容器（X電容器，也稱為安全電容器）和差模線圈。共模干擾是兩條電源線分別對地面（簡稱地面），主要通過選擇合適的電容器（Y電容器，也是安全級別）和共模線圈進行抑制和衰減。我們常用的低通濾波器通常具有抑制共模和差模干擾的功能。

如下圖：

圖1.低通濾波器原理圖

如圖1所示，3是差模電容，2是共模電感，4是共模電容。

由1、2、3組成的π濾波器，由1、3組成的電容器主要是過濾兩條線之間的信號差，因此得名。這兩個電容器的值一般為0.22uf-1.5uf。當干擾超標時，一般的解決方案是增加這兩個電容器的值，但隨著電容器值的增加，漏電流會增加，這需要注意。

由于差模電容器連接到L和N線之間，它實際上與后負載并聯。此外，由于電容器對低頻信號有很強的阻礙作用，它對高頻信號有很強的導通性和低阻抗作用。當50Hz-60Hz低頻交流信號流過電容器兩端時，由于電容器的阻抗性能極大，電容器不起任何作用，這意味著沒有電容器。當差模信號通過時（差模信號一般為高頻無用信號），電容器性能為通路，阻抗非常小。在高頻信號下，電容器相當于短路后負載，因此后負載不會受到高頻信號的干擾。例如下圖，差模電容器的工作原理。以上是利用張先生最大的定律源、電路和阻抗來分析差模電容器的特性。

圖2.差模電容工作原理

2是共模電感，上面有兩個獨立的線圈，相反的方向纏繞在同一個圓形閉合的磁芯上。由于這兩根電線的大小相等，相反的方向相反，磁場相互抵消。共模電感與后負載串聯。當差分信號通過時(差分信號通常是高頻無用信號)，由于電感阻礙電流的變化，此時電感表現為大電阻，后負載類似于小電阻，電感承受了絕大多數高次諧波的壓降。根據電阻分壓原理，后負載得到的電壓接近于零。當50Hz-60Hz低頻交流信號流過電感兩端時，由于電感的感抗性能極小，電感幾乎沒有阻礙，這意味著沒有這種電感。所以我們說這種電感對差分信號起作用。如圖所示，共模電感的工作原理如下。以上仍采用張先生的第一個定律源、電路和阻抗來分析共模電感的特性。共模電感的感應選擇一般在幾百微恒到幾毫米的水平。

圖3.共模電感工作原理

4是共模電容器。這兩個電容器以Y型命名，因為它們分別連接L和N線，并對地面（不是電路中的地面）。一般來說，電路中的地面是GND和浮動地面，而共模電容器的地面是地面earth）。因為Y電容器的一端與地面相連，它實際上與背面的負載并聯。如圖所示，共模電容器的工作原理。當50Hz-60Hz低頻交流信號通過Y電容器的兩端時，由于電容器的阻抗性能極大，相當于斷路，不導通。當共模信號通過時（共模信號通常是高頻無用信號），電容器表現為通路，阻抗性很小。高頻信號通過Y電容器到達地面，后面的負載不會受到高頻信號的干擾。以上仍采用張先生的第一個定律源、電路和阻抗來分析共模電容器的特性。共模電容器的值一般為2200pf-6800pf。其值越大，越容易解決干擾問題，但泄漏越大，取值越重。

圖4.共模電容工作原理

當電路中的正常電流流經共模電感時，電流在同相位繞制的電感線圈中產生反向的磁場而相互抵消，此時正常信號電流主要受線圈電阻的影響(和少量因漏感造成的阻尼);當有共模電流流經線圈時，由于共模電流的同向性，會在線圈內產生同向的磁場而增大線圈的感抗，使線圈表現為高阻抗，產生較強的阻尼效果，以此衰減共模電流，達到濾波的目的。

一般 濾波器不單獨使用差模線圈，因為共模電感兩邊繞線不一致等原因，電感必定不會相同，因此能起到一定的差模電感的作用。如果差模干擾比較嚴重，就要追加差模線圈。