如何實現電子線路的電磁干擾和電磁兼容設計

　　一個好的電子產品，除了產品自身的功能以外，電路設計和電磁兼容性（EMC）設計的技術水平，對產品的質量和技術性能指標起到非常關鍵的作用。本文通過舉例對開關電源的電磁兼容設計，介紹了一般電子產品中電磁干擾的解決方法。現代的電子產品，功能越來越強大，電子線路也越來越復雜，電磁干擾（EMI）和電磁兼容性問題變成了主要問題，電路設計對設計師的技術水平要求也越來越高。先進的計算機輔助設計（CAD）在電子線路設計方面很大程度地拓寬了電路設計師的工作能力，但對于電磁兼容設計的幫助卻很有限。電磁兼容設計實際上就是針對電子產品中產生的電磁干擾進行優(yōu)化設計，使之能成為符合各國或地區(qū)電磁兼容性標準的產品。 EMC的定義是：在同一電磁環(huán)境中，設備能夠不因為其它設備的干擾影響正常工作，同時也不對其它設備產生影響工作的干擾。電磁干擾一般都分為兩種，傳導干擾和輻射干擾。傳導干擾是指通過導電介質把一個電網絡上的信號耦合（干擾）到另一個電網絡。輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號耦合 （干擾）到另一個電網絡。因此對EMC問題的研究就是對干擾源、耦合途徑、敏感設備三者之間關系的研究。美國聯邦通訊委員會在1990年、歐盟在1992提出了對商業(yè)數碼產品的有關規(guī)章，這些規(guī)章要求各個公司確保他們的產品符合嚴格的磁化系數和發(fā)射準則。符合這些規(guī)章的產品稱為具有電磁兼容性。目前全球各地區(qū)基本都設置了EMC相應的市場準入認證，用以保護本地區(qū)的電磁環(huán)境和本土產品的競爭優(yōu)勢。如：北美的 FCC、NEBC認證、歐盟的CE認證、日本的VCCEI認證、澳洲的C-tick人證、臺灣地區(qū)的BSMI認證、中國的3C認證等都是進入這些市場的“通行證”。電磁感應與電磁干擾很多人從事電子線路設計的時候，都是從認識電子元器件開始，但從事電磁兼容設計實際上應從電磁場理論開始，即從電磁感應認識開始。一般電子線路都是由電阻器、電容器、電感器、變壓器、有源器件和導線組成，當電路中有電壓存在的時候，在所有帶電的元器件周圍都會產生電場，當電路中有電流流過的時候，在所有載流體的周圍都存在磁場。電容器是電場最集中的元件，流過電容器的電流是位移電流，這個位移電流是由于電容器的兩個極板帶電，并在兩個極板之間產生電場，通過電場感應，兩個極板會產生充放電，形成位移電流。實際上電容器回路中的電流并沒有真正流過電容器，而只是對電容器進行充放電。當電容器的兩個極板張開時，可以把兩個極板看成是一組電場輻射天線，此時在兩個極板之間的電路都會對極板之間的電場產生感應。在兩極板之間的電路不管是閉合回路，或者是開路，在與電場方向一致的導體中都會產生位移電流（當電場的方向不斷改變時），即電流一會兒向前跑，一會兒向后跑。電場強度的定義是電位梯度，即兩點之間的電位差與距離之比。一根數米長的導線，當其流過數安培的電流時，其兩端電壓最多也只有零點幾伏，即幾十毫伏/米的電場強度，就可以在導體內產生數安培的電流，可見電場作用效力之大，其干擾能力之強。電感器和變壓器是磁場最集中的元件，流過變壓器次級線圈的電流是感應電流，這個感應電流是因為變壓器初級線圈中有電流流過時，產生磁感應而產生的。在電感器和變壓器周邊的電路，都可看成是一個變壓器的感應線圈，當電感器和變壓器漏感產生的磁力線穿過某個電路時，此電路作為變壓器的“次級線圈”就會產生感應電流。兩個相鄰回路的電路，也同樣可以把其中的一個回路看成是變壓器的“初級線圈”，而另一個回路可以看成是變壓器的“次級線圈”，因此兩個相鄰回路同樣產生電磁感應，即互相產生干擾。在電子線路中只要有電場或磁場存在，就會產生電磁干擾。在高速PCB及系統設計中，高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其它系統或本系統內其他子系統的正常工作。開關電源EMC設計實例目前大多數電子產品都選用開關電源供電，以節(jié)省能源和提高工作效率；同時越來越多的產品也都含有數字電路，以提供更多的應用功能。開關電源電路和數字電路中的時鐘電路是目前電子產品中最主要的電磁干擾源，它們是電磁兼容設計的主要內容。下面我們以一個開關電源的電磁兼容設計過程來進行分析。圖1是一個普遍應用的反激式（或稱為回掃式）開關電源工作原理圖，50Hz或60Hz交流電網電壓首先經整流堆整流