浅谈EMC电磁兼容设计—概念篇

⽬录

1、EMC的概念

复合树脂补牙EMC(Electro Magnetic Compatibility)——电磁兼容，是指电⼦、电⽓设备或系统在预期的电磁环境中，按设计要求正常⼯作的能⼒。就世界范围来说，电磁兼容性问题已经形成⼀门新的学科，也是⼀门以电磁场理论为基础，包括信息、电⼯、电⼦、通信、材料、结构等学科的边缘科学，同时也是⼀门实践性⽐较强的学科，需要产品⼯程师具有丰富的实践知识。

电磁兼容的中⼼课题是研究如何控制和消除电磁⼲扰，使电⼦设备或系统与其他设备联系在⼀起⼯作时，不导致设备或系统的任何部分的⼯作性能的恶化或降低。

⼀个设计理想的电⼦设备或者系统应该既不发射任何不希望的能量，⼜应该不受任何不希望有的能量的影响。当然，在电⼦设备或系统出⼚前，衡量其EMC性能好坏的主要依据就是EMC测试结果。这些测试，就是衡量⼀个产品模拟产品在实际⼯作环境中发⽣的⼀些骚扰和⼲扰，如下图所⽰：

产品在实际⼯作环境中发⽣的⼀些骚扰和⼲扰

⼀般电⼦产品设计时不考虑EMC问题，就会导致EMC测试失败，以致不能通过相关法规的认证，⽽不能出⼚销售。即使这种产品应⽤到实际⼯作环境中，也会出现⼀些实际问题。因此，在实际应⽤中，需要不断地研究出实⽤的⽅法来消除电磁⼲扰和骚扰。例如，⼯程师们根据需求设计出了效果良好的滤波电路，置于产品I/O接⼝的前级，可使⼤多数因传导⽽进⼈系统的⼲扰噪声消除在电路系统的⼈⼝处；设计出了隔离电路（如变压器隔离和光电隔离等）解决通过电源线、信号线和地线进⼈电路的传导⼲扰，同时阻⽌因公共阻抗、长线传输⽽引起的⼲扰；设计出了能量吸收回路，从⽽减少电路、器件吸收的噪声能量；或通过选择元器件和合理安排电路系统，使⼲扰的影响减⼩。

⽬前，衡量⼀个产品的EMC的性能主要从以下两个⽅⾯来考虑。

(1）EMI (Electro Magnetic Interference)——电磁⼲扰性能。即处在⼀定环境中的设备或系统正常运⾏时，不应产⽣超过相应标准所要求的电磁能量⼲扰。这样的电磁⼲扰有：

从电源线传导出来的电磁骚扰;

从信号线、控制线传导出来的骚扰;

从产品壳体（包括产品中的所有电缆）辐射出来的骚扰;

从电源端⼝传导出来的谐波电流（Harmonic);

电源端⼝产⽣的电压波动和闪烁（Fluctuation and Flicker)。i3dg

遥控大脚车（2）EMS Electro Magnetic Susceptibility)—电磁抗扰度性能。即处在⼀定环境中的设备或系统正常运⾏时，设备或系统能承受各种类型的电磁能量⼲扰。这种电磁能量⼲扰主要有：

静电放电（ESD）;

电源端⼝的电快速瞬变脉冲;

信号线、控制线端⼝的电快速瞬变脉冲;

电源端⼝的浪涌和雷击;

信号线、控制线端⼝的浪涌和雷击;

从空间传递给产品壳体的电磁辐射;

电源端⼝传⼊的传导⼲扰;

电源端⼝的电压跌落与中断。

EMC 设计则是在产品设计过程中，利⽤⼀定的设计技巧和额外的技术⼿段提⾼产品的EMC性能（包括产品的抗⼲扰能⼒和产品的抗骚扰⽔平)，并能在⼀定环境中按照产品的设计期望正常运⾏。为了衡量到达实际应⽤环境前产品的EMC性能，则需要进⾏EMC测试。对应于以上产品各项EMC指标，EMC测试通常也有如下两个⽅⾯。

(1）EMI电磁⼲扰测试

电源线传导骚扰（CE)测试;

信号、控制线传导骚扰（CE）测试;

辐射骚扰（RE）测试;

谐波电流（Harmonic）测试;

电压波动和闪烁（Fluctuation and Flicker）测试。

(2）EMS电磁抗扰度测试

静电放电（ESD)抗扰度测试;

放热焊粉

电源端⼝的电快速瞬变脉冲（EFT/B)抗扰度测试;

信号线、控制线的电快速瞬变脉冲（EFT/B）抗扰度测试;

电源端⼝的浪涌（SURGE)和雷击测试;

热轧酸洗

信号线、控制线的浪涌（SURGE）和雷击测试;

壳体辐射抗扰度（RS)测试;

电源端⼝的传导抗扰度（CS)）测试;

信号线、控制线的传导抗扰度（CS)测试;

电源端⼝的电压跌落与中断测试（DIP)。

2、EMC设计理念

在电⼦产品的设计中，为获得良好的EMC性能和成本⽐，对产品进⾏EMC设计是重要的。

电⼦产品的EMC性能是设计赋予的。测试仅仅是将电⼦产品固有的EMC性能⽤某种定量的⽅法表征出来。对于企业规范化EMC设计来讲可按照以下3步实现。

第1步：应在研发前期考虑EMC设计。

如果产品设计前期不考虑EMC问题，仅寄希望于测试阶段解决（表现为通过整改来解决设计成型产品的EMC问题，这样⼤量的⼈⼒和物⼒都投⼊在后期的测试/验证、整改阶段)。那么，即使产品整改成功，⼤多情况下还是会由于整改涉及电路原理、PCB设计、结构模具的变更，导致研发费⽤⼤⼤增加，周期⼤⼤延长。

轮毂材料只有在前期产品设计过程中考虑与预测EMC问题，把 EMC变成⼀种可控的设计技术，并⾏和同步于产品功能设计的过程，才能⼀次性地把产品设计好。

第2步：通过设计提⾼电⼦产品的EMC性能，绝对不是企业内 EMC专家⼀个⼈所赋予的，因为EMC绝对不可能脱离产品硬件、结构等实物⽽存在。

因此，要使设计的电⼦产品⼀次取得良好的EMC性能，就需要提⾼产品设计⼯程师的EMC经验与意识问题。如硬件⼯程师，除了原先必须掌握的电路设计知识外，还应该掌握EMI和EMS抗⼲扰设计的基本知识;PCB设计⼯程师需要掌握相应的器件布局、层叠设计、⾼速布线⽅⾯的EMC设计知识；结构⼯程师也需要了解产品结构的屏蔽等⽅⾯的设计知识。

因为这些共同参与产品设计的⼯程师，要去实现EMC专家在产品设计过程中所提出的意见，就要理解

、领会EMC专家所提出的建议的奥秘，并与各⾃领域的设计特点相结合，将所有EMC问题的萌芽消灭在产品设计阶段。只有所有参与产品设计的开发⼈员共同提⾼EMC素质，才能设计出具有⾼性能EMC的电⼦产品。

第3步：企业要⾃⼰建⽴⼀套规范的EMC设计体系和设计分析⽅法。

企业要⾃⼰建⽴⼀套规范的EMC设计体系和设计分析⽅法，即在研发流程中融⼊EMC设计分析及风险评估的过程，在产品设计的各个阶段进⾏EMC的评估和分析控制，把可能出现的EMC问题在研发前期进⾏考虑，并预测EMC测试的失败风险。

针对可能出现的EMC问题进⾏前期充分考虑，并到解决⽅案，从⽽确保产品设计结束后能够⼀次性通过测试与认证。当然，这对于企业来讲，也将减少不必要的⼈⼒及研发成本，缩短产品上市周期。

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