設(shè)計(jì)制造中的電磁兼容測試

本文介紹了什么時(shí)候需要電磁兼容整改及常見的電磁兼容整改，并從電磁騷擾發(fā)射測試、諧波電流測試及瞬態(tài)脈沖抗擾度測試三個(gè)方面介紹了如何順利通過電磁兼容試驗(yàn)。1．概述
1.1 什么時(shí)候需要電磁兼容整改及對策
對一個(gè)電子、電氣產(chǎn)品來說，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該考慮其電磁兼容性，這樣可以將產(chǎn)品在生產(chǎn)階段出現(xiàn)電磁兼容問題的可能性減少到一個(gè)較低的程度。但其是否滿足要求，最終要通過電磁兼容測試檢驗(yàn)其電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的符合性。
由于電磁兼容的復(fù)雜性，即使對一個(gè)電磁兼容設(shè)計(jì)問題考慮得比較周全得產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)制造過程中，難免出現(xiàn)一些電磁干擾的因素，造成最終電磁兼容測試不合格。在電磁兼容測試中，這種情況還是比較常見的。
當(dāng)然，對產(chǎn)品定型前的電磁兼容測試不合格的問題，我們完全可以遵循正常的電磁兼容設(shè)計(jì)思路，按照電磁兼容設(shè)計(jì)規(guī)范法和系統(tǒng)法，針對產(chǎn)品存在的電磁兼容問題重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。從源頭上解決存在的電磁兼容隱患。這屬于電磁兼容設(shè)計(jì)范疇。
而目前國內(nèi)電子、電氣產(chǎn)品比較普遍存在的情況是：產(chǎn)品在進(jìn)行電磁兼容型式試驗(yàn)時(shí)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)已經(jīng)定型，產(chǎn)品外殼已經(jīng)開模，PCB 板已經(jīng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)，部件板卡已經(jīng)加工，甚至產(chǎn)品已經(jīng)生產(chǎn)出來等著出貨放行。
對此類產(chǎn)品存在的電磁兼容問題，只能采取“出現(xiàn)什么問題，解決什么問題”的問題解決法，以對產(chǎn)品的最小改動(dòng)使其達(dá)到電磁兼容要求。這就屬于電磁兼容整改對策的范疇，這是我們這次課程需要探討的問題。
1.2 常見的電磁兼容整改措施
對常見的電磁兼容問題，我們通過綜合采用以下幾個(gè)方面的整改措施，一般可以解決大部分的問題：可以在屏蔽體的裝配面處涂導(dǎo)電膠，或者在裝配面處加導(dǎo)電襯 墊，甚至采用導(dǎo)電金屬膠帶進(jìn)行補(bǔ)救。導(dǎo)電襯墊可以是編織的金屬絲線、硬度較低易于塑型的軟金屬(銅、鉛等)、包裝金屬層的橡膠、導(dǎo)電橡膠或者是梳狀簧片接 觸指狀物等。
在不影響性能的前提下，適當(dāng)調(diào)整設(shè)備電纜走向和排列，做到不同類型的電纜相互隔離。改變普通的小信號或高頻信號電纜為帶屏蔽的電纜，改變普通的大電流信號或數(shù)據(jù)傳輸信號電纜為對稱絞線電纜。
加強(qiáng)接地的機(jī)械性能，降低接地電阻。同時(shí)對于設(shè)備整體要有單獨(dú)的低阻抗接地。
在設(shè)備電源輸入線上加裝或串聯(lián)電源濾波器。
在可能的情況下，對重要器件進(jìn)行屏蔽、隔離處理，如加裝接地良好的金屬隔離板或小的屏蔽罩等。
在各器件電源輸入端并聯(lián)小電容，以旁路電源帶來的高頻干擾。
下面，我們分別就電子、電器產(chǎn)品在傳導(dǎo)發(fā)射、輻射發(fā)射、諧波電流、靜電放電、電快速脈沖、浪涌等電磁兼容測試項(xiàng)目試驗(yàn)過程中較常出項(xiàng)的問題及解決方案和補(bǔ)救措施與大家共同探討。
我們根據(jù)各項(xiàng)目的特點(diǎn)，將這些內(nèi)容分為三大類分別進(jìn)行討論：
電磁騷擾發(fā)射類：傳導(dǎo)發(fā)射、輻射發(fā)射
諧波電流類
瞬態(tài)脈沖抗擾度類：靜電放電、電快速脈沖、浪涌沖擊
2．電磁騷擾發(fā)射測試常見問題對策及整改措施
對于電磁發(fā)射測試對策及整改，我們將在下個(gè)專題《電子產(chǎn)品 3C 認(rèn)證檢測中常見電磁兼容問題與對策》中以AV 和IT 類產(chǎn)品為例加以詳細(xì)探討，在這兒僅進(jìn)行一些提綱性介紹，不再深入展開探討。
2.1 電子、電氣產(chǎn)品內(nèi)的主要電磁騷擾源
設(shè)備開關(guān)電源的開關(guān)回路：騷擾源主頻幾十kHz 到百余kHz，高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。
設(shè)備直流電源的整流回路：工頻整流噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百kHz；高頻整流噪聲頻率上限可延伸到數(shù)十MHz。
電動(dòng)設(shè)備直流電機(jī)的電刷噪聲：噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百M(fèi)Hz。
電動(dòng)設(shè)備交流電機(jī)的運(yùn)行噪聲：高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。
變頻調(diào)速電路的騷擾發(fā)射：騷擾源頻率從幾十kHz 到幾十MHz
設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)切換的開關(guān)噪聲：噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百M(fèi)Hz。
智能控制設(shè)備的晶振及數(shù)字電路電磁騷擾：騷擾源主頻幾十kHz 到幾十MHz，高次諧波可延伸到數(shù)百M(fèi)Hz。
微波設(shè)備的微波泄漏：騷擾源主頻數(shù)GHz。
電磁感應(yīng)加熱設(shè)備的電磁騷擾發(fā)射：騷擾源主頻幾十kHz，高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。
電視電聲接收設(shè)備的高頻調(diào)諧回路的本振及其諧波：騷擾源主頻數(shù)十MHz 到數(shù)百M(fèi)Hz，高次諧波可延伸到數(shù)GHz。
信息技術(shù)設(shè)備的及各類自動(dòng)控制設(shè)備數(shù)字處理電路：騷擾源主頻數(shù)十MHz 到數(shù)百M(fèi)Hz，高次諧波可延伸到數(shù)GHz。
2.2 騷擾源定位
2.2.1 根據(jù)測量曲線定位：
依據(jù)：超標(biāo)騷擾頻率范圍、超標(biāo)騷擾頻域分布、窄帶騷擾還是寬帶騷擾等
根據(jù)被測設(shè)備工作方式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)定位：
有沒有使用標(biāo)準(zhǔn)不建議使用的半波整流和對稱/非對稱電源調(diào)整電路？
內(nèi)部結(jié)構(gòu)中電路板布局是否合理？
內(nèi)部電纜走線是否合理？
內(nèi)部濾波器（濾波電路）安裝是否合理？
內(nèi)部電路接地和搭接方式是否合理？
機(jī)箱屏蔽是否滿足對應(yīng)產(chǎn)品的需求？
2.2.2 根據(jù)被測設(shè)備組成和功能定位：
設(shè)備內(nèi)部有否二次電源，其工作方式？
設(shè)備內(nèi)是否有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)類型？
設(shè)備內(nèi)是否有變頻調(diào)速電路？
設(shè)備內(nèi)是否有數(shù)碼控制或智能控制電路？是否使用晶振？
設(shè)備內(nèi)是否存在程控的繼電器或開關(guān)電路？
設(shè)備正常工作是否利用電磁波或微波？
設(shè)備內(nèi)是否存在工作中的無線收發(fā)電路？
2.2.3 根據(jù)功能模塊工作情況進(jìn)行故障定位：
若設(shè)備的各個(gè)模塊可以暫停和恢復(fù)工作，可以通過逐個(gè)暫停這些模塊的工作來判斷騷擾來源。
若模塊不可以獨(dú)立暫停和恢復(fù)工作，可以通過與設(shè)備其它功能模塊一起組合進(jìn)行暫停和恢復(fù)工作，從而判斷騷擾的大概來源。
若模塊不可以獨(dú)立暫停和恢復(fù)工作，可以通過與其它設(shè)備的合格功能模塊一起組合進(jìn)行暫停和恢復(fù)工作，從而判斷騷擾的大概來源。
對懷疑騷擾超標(biāo)的模塊，可以用置換的方式來進(jìn)行騷擾判定。
2.3 電子、電氣產(chǎn)品連續(xù)傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)問題及對策
家電類產(chǎn)品連續(xù)傳導(dǎo)騷擾標(biāo)稱測量頻率范圍148.5kHz-30MHz（實(shí)際為150kHz-30MHz）。
測量分別在電源端子及負(fù)載端子和附加端子上進(jìn)行。
連續(xù)傳導(dǎo)騷擾的主要來源：
開關(guān)電源的開關(guān)頻率及諧波騷擾、電源整流回路的整流噪聲、
交流電機(jī)的運(yùn)行噪聲、直流電機(jī)的電刷噪聲、
電磁感應(yīng)加熱設(shè)備的電磁騷擾、
智能控制設(shè)備的晶振及數(shù)字電路電磁騷擾等
當(dāng)我們通過騷擾定位方式找到超標(biāo)點(diǎn)的騷擾來源后，
即可采用相對應(yīng)的騷擾抑制措施。
（針對故障定位及傳導(dǎo)騷擾來源分別展開說明）
對一般的電源端連續(xù)傳導(dǎo)騷擾可以通過以下的電路加以抑制：


圖 1：交流電源濾波網(wǎng)絡(luò)

對于負(fù)載端子和附加端子的傳導(dǎo)騷擾可以通過以下的電路加以抑制


圖2：直流輸出濾波網(wǎng)絡(luò)

無論是對電源端子、負(fù)載端子和附加端子采取抑制措施，若使用獨(dú)立的濾波器時(shí)，需注意其安裝方式。


圖3：濾波器的安裝方法

2.4 電子、電氣產(chǎn)品斷續(xù)傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)問題及對策
家電類產(chǎn)品斷續(xù)傳導(dǎo)騷擾標(biāo)稱測量頻率范圍148.5kHz-30MHz（實(shí)際為150kHz-30MHz）。
測量在電源端子上進(jìn)行，喀嚦聲測量的頻率點(diǎn)為：150kHz、500kHz、1.4MHz、30MHz
斷續(xù)傳導(dǎo)騷擾的主要來源：
恒溫控制器具，程序自動(dòng)的機(jī)器和其他電氣控制或操作的器具的開關(guān)操作會產(chǎn)生斷續(xù)騷擾。
此類操作一般通過繼電器和程控電子/機(jī)械開關(guān)等實(shí)現(xiàn)。
此類騷擾一般由繼電器、開關(guān)的觸點(diǎn)抖動(dòng)及非純阻負(fù)載通斷所產(chǎn)生的電涌沖擊形成。
可采用相對應(yīng)的騷擾抑制措施主要針對以上兩個(gè)方面進(jìn)行。
2.5 電子、電氣產(chǎn)品輻射騷擾超標(biāo)問題及對策
電子、電氣產(chǎn)品輻射騷擾場強(qiáng)測量頻率范圍30MHz-1000MHz。
測量一般在開闊場或半電波暗室中進(jìn)行。
輻射騷擾的主要騷擾來源：
開關(guān)電源的開關(guān)頻率及諧波騷擾
交流電機(jī)的運(yùn)行噪聲、直流電機(jī)的電刷噪聲
電磁感應(yīng)設(shè)備的電磁騷擾
智能控制設(shè)備的晶振及數(shù)字電路電磁騷擾等
當(dāng)我們通過騷擾定位方式找到輻射騷擾超標(biāo)點(diǎn)的騷擾源后，即可采用相對應(yīng)的騷擾源抑制措施。（針對故障定位及騷擾來源分別展開說明）
一般來說，首先抑制騷擾源，這可以通過優(yōu)化電路設(shè)計(jì)、電路結(jié)構(gòu)和排版，加強(qiáng)濾波和正確的接地來達(dá)到。其次是要切斷耦合途徑，這可以通過正確的機(jī)殼屏蔽和傳輸線濾波達(dá)到。
3．諧波電流測試常見問題對策及整改措施
對于由交流市電供電的電子、電氣產(chǎn)品，諧波電流是一個(gè)很重要的電磁兼容測量項(xiàng)目。
在低壓市電網(wǎng)絡(luò)使用的電子電氣設(shè)備，其供電電壓是正弦波，但其電流波形未必是正弦波，可能有或多或少的畸變。大量的此類設(shè)備應(yīng)用，會造成電網(wǎng)電壓波形畸變，使電網(wǎng)電能質(zhì)量下降。


圖4：高壓整流電路及對應(yīng)的畸變電流波形

一個(gè)周期函數(shù)可以分解為傅立葉級數(shù)，表示為多級正弦函數(shù)的和式，即可把周期信號當(dāng)作是正弦函數(shù)的基波與高次諧波的合成。
所以，我們可以將設(shè)備的畸變電流波形分解為基波和高次諧波，通過特定的儀器測量高次諧波含量，就可以分析出設(shè)備電流波形畸變的程度。這些高次諧波電流分量我們簡稱為諧波電流。


圖6：畸變電流波形的傅立葉展開示意圖

當(dāng)電網(wǎng)中存在過量的諧波電流，不僅會使發(fā)電機(jī)的效率降低，嚴(yán)重時(shí)還會造成發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)設(shè)備的損壞，同時(shí)還會影響電網(wǎng)用戶設(shè)備的正常工作，比如計(jì)算機(jī)運(yùn)算出錯(cuò)，電視機(jī)畫面翻滾。
正是出于保護(hù)共用電網(wǎng)電能質(zhì)量，保障電網(wǎng)和用戶設(shè)備的正常進(jìn)行，IEC 提出了諧波電流限值標(biāo)準(zhǔn)。
諧波電流測試不適用于由非市電的低壓交、直流和電池供電的電子、電氣產(chǎn)品。
3.1 測量標(biāo)準(zhǔn)介紹
下面以GB17625.1 標(biāo)準(zhǔn)為例，對諧波電流的測量作一個(gè)簡要介紹。
標(biāo)準(zhǔn)名稱：GB17625.1-2003 idt IEC61000-3-2:2001 《電磁兼容 限值 諧波電流發(fā)射限值（設(shè)備每相輸入電流≤16A）》
GB17625.1-2003 是眾多電子電器產(chǎn)品認(rèn)證檢驗(yàn)的一個(gè)重要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)測量和限制的就是由低壓市電供電的電子、電氣產(chǎn)品（設(shè)備每相輸入電流≤16A）在使用時(shí)其供電電流波形畸變的程度。
GB17625.1-2003 標(biāo)準(zhǔn)是通過限制設(shè)備電流的高次諧波分量的大小來限制設(shè)備電流波形的畸變的。GB17625.1 考慮到第40 次諧波電流含量。
3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍
該標(biāo)準(zhǔn)只對接入頻率為 50Hz/60Hz、相電壓為220V/230V/240V 的低壓供電系統(tǒng)且每相輸入電流不大于16A 的設(shè)備提出諧波電流限值要求。
該標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)通用電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)。適合于本標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品類別較多，如家用電器、電動(dòng)工具、電氣照明設(shè)備、信息技術(shù)設(shè)備、影音設(shè)備等等。
3.1.2 設(shè)備的分類
分類是按照諧波電流限值不同而進(jìn)行的。
A 類：平衡的三相設(shè)備;
家用電器，不包括列入D 類的設(shè)備；
工具，不包括便攜式工具；
白熾燈調(diào)光器；
音頻設(shè)備；
以及除以下幾類設(shè)備外的所有其他設(shè)備。
B 類：便攜式工具；不屬于專用設(shè)備的電弧焊設(shè)備
C 類：照明設(shè)備
D 類：有功功率不大于600W 下列設(shè)備：個(gè)人計(jì)算機(jī)和個(gè)人計(jì)算機(jī)顯示器；電視接收機(jī)。
B 類、C 類和D 類設(shè)備定義比較簡單，A 類的區(qū)分比較復(fù)雜。
3.1.3 諧波電流限值
下列類型設(shè)備的限值在該標(biāo)準(zhǔn)中未作規(guī)定：
額定功率75W 及以下的設(shè)備，照明設(shè)備除外（將來該值可能從75W 減小到50W）；
總額定功率大于1kW 的專用設(shè)備；
額定功率不大于200W 的對稱控制加熱元件；
額定功率不大于1kW 的白熾燈獨(dú)立調(diào)光器。
（通常有生產(chǎn)廠家利用此條的限制項(xiàng)來達(dá)到免于進(jìn)行諧波電流限制的目的）
3.1.3.1 A 類設(shè)備的諧波電流限值
A 類設(shè)備的諧波電流限值見標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)表格，限值是有效值，單位為安培。該限值是固定值，與產(chǎn)品的功率和基波電流大小不相關(guān)。
3.1.3.2 B 類設(shè)備的諧波電流限值
B 類設(shè)備的諧波電流限值是A 類設(shè)備的限值的1.5 倍。
3.1.3.3 C 類設(shè)備的諧波電流限值
a）有功輸入功率大于25W
對于有功輸入功率大于25W 的照明電器，諧波電流不應(yīng)超過C 類設(shè)備的相關(guān)限值。該限值與產(chǎn)品基波電流大小不相關(guān)。
b）有功輸入功率不大于25W
對于有功功率不大于25W 的放電燈，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其特定的合格判定條件。
3.1.3.4 D 類設(shè)備的諧波電流限值
a）只限制奇次諧波電流。
b）奇次諧波電流不僅要符合最大允許諧波電流，還要符合“每瓦功率允許的最大諧波電流”。
可以說對D 類設(shè)備的要求是比較嚴(yán)格的，而實(shí)際情況卻是D 類設(shè)備的諧波電流往往比較大。
該規(guī)定是考慮到D 類設(shè)備應(yīng)用非常廣泛，又經(jīng)常是連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，客觀上又經(jīng)常同時(shí)使用。如此多的D類設(shè)備同時(shí)工作，它們產(chǎn)生的諧波電流在合成（矢量合成）后對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響將是不能不考慮的。
3.1.4 諧波電流測量儀器
諧波測量設(shè)備一般由兩部分組成：精密電源單元與測量儀表單元。
要求電源部分能向被測設(shè)備提供良好波形的電壓源、負(fù)載能力和平坦的阻抗特性。
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測量儀表單元必須是離散付氏變換（FFT）的時(shí)域測量儀器，能夠連續(xù)、準(zhǔn)確地同時(shí)測量全部各次諧波所涉及的幅值、相位角等需要量。
目前實(shí)驗(yàn)室多采用以FFT 為頻譜分析原理的諧波測量儀。測量儀的前級為采樣電路、模-數(shù)變化器，后級是FFT 分析儀（可以利用PC 機(jī)實(shí)現(xiàn)）。
3.1.5 試驗(yàn)條件