电源适配器的电磁兼容技术

   电磁兼容学是一门新兴的跨学科的综合性应用学科｡作为边缘技术,它以电气和无线电技术的基本理论为基础,并涉及许多新的技术领域,如微波技术､微电子技术､计算机技术､通信和网络技术以及新材料等｡电磁兼容技术研究的范围很广,几乎所有现代化工业领域,如电力､通信､交通､航天､军工､计算机和医疗等都必须解决电磁兼容问题｡其研究的热点内容主要有:电磁干扰源的特性及其传输特性､电磁干扰的危害效应,电磁干扰的抑制技术､电磁频谱的利用和管理､电磁兼容性标准与规范､电磁兼容性的测量与试验技术､电磁泄漏与静电放电等。

    电磁兼容的英文名称为Electromagnetic Compatibility,简称EMC｡所谓电磁兼容是指设备(分系统､系统)在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态｡这里包含两层意思,即它工作中产生的电磁发射要限制在一定水平内,另外它本身要有一定的抗干扰能力｡这便是设备研制中所必须解决的兼容问题｡电磁兼容技术涉及的频率范围宽达0~400GHz,研究对象除传统设施外,还涉及芯片级,直到各种舰船､航天飞机､洲际导弹甚至整个地球的电磁环境｡

电磁兼容学又是技术与管理并重的实用工程学｡要想开展这样的工程,需要投入大量的人力和财力｡国际标准化组织已经正在制定EMC的有关标准和规范｡我国在这方面的起步虽然较晚,但发展很快｡随着市场经济的发展,我国要参与世界技术市场的竞争,进出口的电子产品都必须通过EMC检验｡因此,我国政府和相关部门越来越关注EMC问题,不断制定了有关的强制性贯彻标准｡各部门和军兵种也都开始研究并建立了不同规模的EMC实验室和检测中心,促进了EMC技术的普及､推广和应用｡我国在1998年已立法强制对六类进口电子产品(计算机､显示器､打印机､电源适配器､电视机和音响)及通信终端产品施行EMC检测｡1999年国家质量监督局发布了《EMC认证管理办法》｡我国电子技术标准化研究所EMC测试实验室被美国联邦通信委员会通过了FCC认可｡从2000年2月16,日起,出口美国的信息技术设备及发射和接收设备,由该实验室出具的数据将被美国直接接受｡产品的EMC检测是实现电磁兼容不可缺少的技术手段,强制贯彻电磁兼容标准,则是保证产品质量和提高市场竞争力的先决条件｡

  电磁兼容性技术又称环境电磁学,在开始的时候它仅仅考虑的是对无线电广播带来的射频干扰｡但当今电子产品的数量越来越多,各种电子设备发射功越来越大,电子设备系统的灵敏度越来越高,并且接收微弱信号的能力越来越强,同时电子产品频带也越来越宽,尺寸越来越小,相互影响也越来越大｡因此电磁骚扰不再局限于辐射,还要考虑感应､耦合和传导等引起的电磁干扰,如电磁辐射照射对生物的危害､静电､雷电等都属于电磁兼容性范畴｡本节只讨论电子设备的系统､分系统的电磁兼容性问题｡

电磁兼容三要素是干扰源(骚扰源)､耦合通路和敏感体｡切断以上任何一项都可解决电磁兼容问题,RE为辐射发射,Rs为辐射敏感度,CE为传导发射,Cs为传导敏感度｡电磁兼容的解决常用的方法主要有屏蔽､接地和滤波。

电磁兼容技术名词

  1.电磁兼容性

  电磁兼容性是指设备或者系统在其电磁环境中能正常工作,且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

  2.电磁骚扰

  电磁骚扰是指任何可能引起设备､装置或系统性能降低或者对有生命或者无生命物质产生损害作用的电磁现象｡电磁骚扰可引起设备､传输通道或系统性能的下降｡它的主要要素有自然和人为的骚扰源､通过公共地线阻抗/内阻的耦合､沿电源线传导的电磁骚扰和辐射干扰等｡电子系统受干扰的路径为:经过电源,通过信号线或控制电缆､场渗透,经过天线直接进入;通过电缆耦合,从其他设备来的传导干扰;电子系统内部场耦合;其他设备的辐射干扰;电子设备外部耦合到内部场;宽带发射机天线系统;外部环境场等。

  3.电磁环境

  电磁环境是一种明显不传送信息的时变电磁现象,它可能与有用信号叠加或组合。

  4.电磁辐射

  电磁辐射是指电磁波由源发射到空间的现象｡“电磁辐射”一词的含义有时也可引申,将电磁感应现象也包含在内｡RFI/EMI可以通过任何一种设备机壳的开口､通风孔､出入口､电缆､测量孔､门框､舱盖､抽屉和面板以及机壳的非理想连接面等进行辐射｡RFL/EMI也可由进入敏感设备的导线和电缆进行辐射,任何一个良好的电磁能量辐射器也可以作为良好的接收器｡

  5.脉冲

  脉冲是指在短时间内突变,随后又迅速返回至其初始值的物理量

6.共模干扰和差模干扰

  电源线上的干扰有共模干扰和差模干扰两种方式｡共模干扰存在于电源任何一相对大地或电线对大地之间｡共模干扰有时也称纵模干扰､不对称干扰或接地干扰｡这是载流导体与大地之间的干扰｡差模干扰存在于电源相线与中线及相线与相线之间｡差模干扰也称常模干扰､横模干扰或对称干扰｡这是载流导体之间的干扰｡共模干扰提示了干扰是由辐射或串扰耦合到电路中的,而差模干扰则提示了干扰是源于同一条电源电路｡通常这两种干扰是同时存在的,由于线路阻抗的不平衡,两种干扰在传输中还会相互转化,所以情况十分复杂｡干扰经长距离传输后,差模分量的衰减要比共模大,这是因为线间阻抗与线一地阻抗不同的缘故出于同一原因,共模干扰在线路传输中还会向邻近空间辐射,而差模则不会,因此共模干扰差模更容易造成电磁干扰｡不同的干扰方式要采取不同的干扰抑制方法才有效｡判断干扰方式的简便方法是采用电流探头｡电流探头先单独环绕每根导线,得出单根导线的感应值,然后再环绕两根导线(其中一根是地线),探测其感应情况｡如感应值是增加的,则线路中干扰电流是共模的;反之则是差模的

7. 抗扰度电平

敏感性电平抗扰度电平是指将某给定的电磁骚扰施加于某一装置､设备或者系统并使其仍然能够正常工作且保持所需性能等级时的较大骚扰电平｡也就是说,超过此电平时该装置､设备或者系统就会出现性能降低｡而敏感性电平是指刚刚开始出现性能降低的电平｡所以对某一装置､设备或者系统而言,抗扰度电平与敏感性电平是同一个数值

8.抗扰度裕量

  抗扰度裕量是指装置､设备或者系统的抗扰度电平限值与电磁兼容电平之间的差值。

电磁兼容性的国内外标准

  要彻底消除设备的电磁搔扰及对外部一切电磁搔扰信号是不可能的｡只能通过制定系统内设备与设备之间相互允许产生的电磁搔扰大小及抵抗电磁搔扰的能力的标准,才能使电气设备及系统间达到电磁兼容性的要求｡国内外大量的电磁兼容性标准,为系统内的设备能相互达到电磁兼容性的要求制定了约束条件

  国际无线电干扰特别委员会( CISPR)是国际电工委员会(EC)下属的一个电磁兼容标准化组织,早在1934年就开展EMC标准的研究｡CISPR16(《无线电干扰和抗扰度测量设备规范》)对电磁兼容性测量接收机､辅助设备的性能以及校准方法作出了详细的要求｡CISPR17(《无线电干扰滤波器及抑制元件的抑制特性测量》)制定了滤波器的测量方法｡CISPR22(《信息技术设备的无线电搔扰限值和测量方法》)规定了信息技术设备在0.15~1000MHz频率范围内产生的电磁搔扰限值｡CISPR24(《信息技术设备抗扰度限值和测量方法》)规定了信息技术设备对外部搔扰信号的时域及频域的抗搔扰性能要求｡其中CISPR16､CISPR22及CISPR24构成了信息技术设备(包括电源适配器设备)的电磁兼容性测试内容及测试方法要求,是目前电源适配器电磁兼容性设计的较基本要求｡

  IEC较近也出版了大量的基础性电磁兼容标准,其中较有代表性的是IEC61000系列标准,它规定了电子电气设备的雷击浪涌( SURGE)､静电放电(ESD)､电快速瞬变脉冲群(EFT)､电流谐波､电压跌落､电压瞬变及短时中断､电压起伏和闪烁､辐射电磁场､由射频电磁场引起的传导搔扰抗扰度､传导搔扰及辐射搔扰等的电磁兼容性要求。