第第 Vol.15 No.2 a Technolog srp.2017 文章编号：1672-6332(2017)03-0032-03 【信息技术应用研究】 电磁兼容技术及其在电源设计中的应用 梁伟中 (深圳信息职业技术学院国有资产管理处，广东深圳518172) 摘要：电于设备与系统良好的电磁兼容性是通过科学合理的电磁兼客设计与制造获得 并过时有的电对 客维护得以保持 本文以一个应用实例为基础，研究电兼容技术和方法，探讨系统设计与实现方案，提高些个 源系统的抗干扰能力 关键词：电磁兼容性：设计：护：电源系纯 中图分类号：TN03.TN86 文献标识码：A 引言 产品安全和技术重要指标来考虑，并且从研发阶段 开始，始终贯彻在其研发、测试、使用和维护的整 电子技术的高速发展和电子产品的广泛应用是 个生命周期时程中。设备和系统在实际环境很难做 当今时代的一个重要特征。随若现代科学技术的 到与当初的假定设想的完全 因此需在使用阶 速发展，电子线路和设备数量级增长，电磁环境呈 段对其进行电磁兼容管理维护，以解决由于当时产 现不断恶化的态势，带来许多不可靠因素。在电子 品设计或使用不当所引起的电磁不兼容问题团。由 设备和系统的设计中，电磁兼容设计已经成为电子 此可见产品的电磁兼容性除保证产品本身的可靠性 产品设计中的关键项目。 和提高其生存能力，还对保护环境和人民生命财产 安全有着重要作用」 1电磁兼容简介 电磁兼容问题主要由以下三个因素引起的 国家标准GB/T4765-1995《电磁兼容术语》对 (1)干扰源：产生干扰的元器件、设备或系统 “电磁兼容”的定义是“设备或系统在其电磁环境 (2)据合路径：能够把干扰能量从干扰源锯合到 中能正常工作，且不对该环境中的任何事物构成不 敏感设备内的通路 (3)敏感设备：对电磁干扰 能承受的电磁骚扰的能力”。它包含两个方面含 产生影响的电路或设备 义，即设备或系统在工作中产生的电磁镉射要限制 控制干扰源的电磁干扰、抑制电磁干扰传播路 在一定水平内，不产生超过规定限度的电磁干扰 径以及增强敏感设备的抗干扰能力， 电磁兼容技术 Electromagnetic Interference(EMl),另外一方面体 就是围绕者上述三个婴索展开的，消除其中一个因 现设备或系统的电磁敏感Electromagnetic Sensibility 素就能解决电磁兼容问题，如下图1所示。由此可 EMS)特性，即不受其他设备的电磁干扰。上述 见，电磁兼容的本质就是抗干扰问题。 可以简单理解为设备或系统不会相互干扰影响各自 正常工作，在一个相对苛刻甚至相互矛盾的环境 控制干找版量 控制干找城最 下，找到一个能同时完成各自功能且共存的状态 实施设备或系统的电磁兼容性设计和维护，具 有内在和外在的必要性。系统和产品的电磁兼容性 必须在其设计阶段就予以重视，作为一项衡量电子 [做稿日期2017-10-1 [作者筒]梁伟中 9g-),男（汉）广东肇庆人.讲师，硕上 主要研究方向：电子技术。E-mmi230664644m China Academie Joumal Electronie Publishing House.All rights reserved.hup://www.enki.net
32 深圳信息职业技术学院学报 第15卷 第3期 33 第15卷 第3期 2017年9月 深圳信息职业技术学院学报 Journal of Shenzhen Institute of Information Technology Vol.15 No.3 Sep. 2017 [收稿日期] 2017-10-19 [作者简介] 梁伟中（1982-），男（汉），广东肇庆人，讲师，硕士，主要研究方向：电子技术。E-mail:23066464@qq.com 电磁兼容技术及其在电源设计中的应用 梁伟中 （深圳信息职业技术学院国有资产管理处，广东 深圳 518172） 摘 要：电子设备与系统良好的电磁兼容性是通过科学合理的电磁兼容设计与制造获得，并通过及时有效的电磁 兼容维护得以保持。本文以一个应用实例为基础，研究电磁兼容技术和方法，探讨系统设计与实现方案，提高整个电 源系统的抗干扰能力。 关键词：电磁兼容性；设计；维护；电源系统 中图分类号：TN03, TN86 文献标识码：A 文章编号：1672-6332（2017）03-0032-03 【信息技术应用研究】 引言 电子技术的高速发展和电子产品的广泛应用是 当今时代的一个重要特征。随着现代科学技术的高 速发展，电子线路和设备数量级增长，电磁环境呈 现不断恶化的态势，带来许多不可靠因素。在电子 设备和系统的设计中，电磁兼容设计已经成为电子 产品设计中的关键项目。 1 电磁兼容简介 国家标准GB/T4765-1995《电磁兼容术语》对 “电磁兼容”的定义是“设备或系统在其电磁环境 中能正常工作，且不对该环境中的任何事物构成不 能承受的电磁骚扰的能力”。它包含两个方面含 义，即设备或系统在工作中产生的电磁辐射要限制 在一定水平内，不产生超过规定限度的电磁干扰 Electromagnetic Interference（EMI），另外一方面体 现设备或系统的电磁敏感Electromagnetic Sensibility （EMS）特性，即不受其他设备的电磁干扰。上述 可以简单理解为设备或系统不会相互干扰影响各自 正常工作，在一个相对苛刻甚至相互矛盾的环境 下，找到一个能同时完成各自功能且共存的状态[1]。 实施设备或系统的电磁兼容性设计和维护，具 有内在和外在的必要性。系统和产品的电磁兼容性 必须在其设计阶段就予以重视，作为一项衡量电子 产品安全和技术重要指标来考虑，并且从研发阶段 开始，始终贯彻在其研发、测试、使用和维护的整 个生命周期过程中。设备和系统在实际环境很难做 到与当初的假定设想的完全一致，因此需在使用阶 段对其进行电磁兼容管理维护，以解决由于当时产 品设计或使用不当所引起的电磁不兼容问题[2]。由 此可见产品的电磁兼容性除保证产品本身的可靠性 和提高其生存能力，还对保护环境和人民生命财产 安全有着重要作用。 电磁兼容问题主要由以下三个因素引起的： （1）干扰源：产生干扰的元器件、设备或系统； （2）耦合路径：能够把干扰能量从干扰源耦合到 敏感设备内的通路；（3）敏感设备：对电磁干扰 产生影响的电路或设备[3]。 控制干扰源的电磁干扰、抑制电磁干扰传播路 径以及增强敏感设备的抗干扰能力，电磁兼容技术 就是围绕着上述三个要素展开的，消除其中一个因 素就能解决电磁兼容问题，如下图1所示。由此可 见，电磁兼容的本质就是抗干扰问题。 图1 电源电磁干扰的传输路径 Fig.1 Way of EMI transmission
第3期 梁伟中，申酸兼室技术及其在申源设计中的应用 33 2电磁兼容性设计技术 模对称EMI骚扰都有抑制作用。 申磁接容性设计的某本方法 ·“电磁兼容分 3电磁兼容性电源应用实例 层与综合设计法”，在进行电磁兼容设计时，根据有 提高电源线上的抗干扰能力是整体提高电子设 关标准把整体电磁兼容性指标逐级分配到各功能块 备或系统抗扰度的一个重嬰方法，这是因为电子设 上，包括元件级、部件级、电路级、模块级和集成系 备对电源线的干扰和电压波动十分敏感，下面以某 统级等，然后，再按照要实现的功能和电磁兼容性指 家用型臭氧治疗仪中电源电路设计为实例，简要介 标加以综合分析，进行适当的电磁兼容性设计 绍电磁兼容性中滤波、屏蔽和接地技术在电源电路 常用的电磁兼容性设计主要有接地设计，屏蔽 设计中的应用 设计和滤波设计。下面简要介绍一些电磁兼容设 该治疗仪系统主要有单片机控制单元模块、电 计的方法及注意事项。 源电路模块、臭氧发生器模块、气源流量控制管路 2.1接地设计技术 和键盘输入模块等组成。系统结构设计如图2所示。 接地设计首要目的是保证人员安全，通过给设 备或系统提供 个参考零电点或面的基准，为电流流 入 回源提供一条低阻抗路径，从而使设备或系统工作达 到一个稳定的状态.起到抑制电磁干扰的效果。 接地分为信号接地和设备接地两大类。信号接 地是信号电路的电线或有信号电流流通的地线，它 图2家用臭氧治疗仪系统结构图 有四种方式，即单点接地、多点接地、混合接地 悬浮接地叫设备接地是保证用电安全，为雷击电 臭氧发生器模块是通过电源电压升至高压后 流或静电电流提供泄放路径，从而提高设备抗干扰 接臭氧发生管，再经过电晕放电，从而产生臭氧。 性，设备接地可以分为设备安全接地、防雷接地和 因此，设备自身的高压干扰会传导拥合到整个系给 接零保护接地。 2.2屏蔽设计技术 电源 干扰单片机控制模块 影响整个系统的正常 工作：由于该产品定位为家用型，外观设计小巧 屏蔽技术是利用屏蔽体对电磁能流的发射」 便，治疗仪内部空间狭小、布线难度大，因此对整 吸收和引导作用.“切断”高频电场干状源至碧 件或设备的传输路径 减少回路间的电磁场感应的 体的电磁兼容性设计提出了更高的要求。为此，本 文在此设计出一种采用滤波、屏蔽和接地技术的电 影响和干扰源和敏感器之间的分布电容，从而达到 源设计电路，如下图3所示。 消除或减弱干扰源对其它器件或设备不良影响的效 果，抑制电磁辐射干扰，它有三种方式，即电场屏 蔽、磁场屏蔽和电磁场屏藏。 2.3滤波设计技术 滤波器用途在于对信号进行选择和抑制，利用 图3系统电源电路图 感性和容性器件的频率响应原理，将噪声干扰衰减 Fig3 Schematic circuit diagram of system power 到一定水平，使工作频率信号通过，同时能衰减进 在现今电器网络中，各类设备的开关操作或者 入和出自设备的电磁干扰信号。按频率特性，滤波 雷击放电产生的电酒电压都会对电气电子设备产生 器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器 冲击。因此，在交流电源进线处，我们首先设置 和带阳滤波器。 个带防浪涌的E电源滤波器，利用三个压橄电阳把 电磁骚扰滤波器(E川电源滤波器)是抑制电 浪涌电压波钳位在压敏电阻附近，从而把浪涌电压 磁传导干扰极有效的器件 它包括信号滤波器和电 旁路掉。电感(L1,2)和电容(C1.C2.C3)等器件 源线滤波器，对电源线上共模不对称EMI强扰和差 组成低通滤波器电路，用来抑制电源线上不对称共 1994-2018 China Academic Joumal Ele onic Publishing House All rights erved. hup //www.cnki.net
32 深圳信息职业技术学院学报 第15卷 第3期 33 2 电磁兼容性设计技术 电磁兼容性设计的基本方法——“电磁兼容分 层与综合设计法”，在进行电磁兼容设计时，根据有 关标准把整体电磁兼容性指标逐级分配到各功能块 上，包括元件级、部件级、电路级、模块级和集成系 统级等，然后，再按照要实现的功能和电磁兼容性指 标加以综合分析，进行适当的电磁兼容性设计。 常用的电磁兼容性设计主要有接地设计，屏蔽 设计和滤波设计[4]。下面简要介绍一些电磁兼容设 计的方法及注意事项。 2.1 接地设计技术 接地设计首要目的是保证人员安全，通过给设 备或系统提供一个参考零电点或面的基准，为电流流 回源提供一条低阻抗路径，从而使设备或系统工作达 到一个稳定的状态，起到抑制电磁干扰的效果。 接地分为信号接地和设备接地两大类。信号接 地是信号电路的电线或有信号电流流通的地线，它 有四种方式，即单点接地、多点接地、混合接地、 悬浮接地[3]；设备接地是保证用电安全，为雷击电 流或静电电流提供泄放路径，从而提高设备抗干扰 性，设备接地可以分为设备安全接地、防雷接地和 接零保护接地。 2.2 屏蔽设计技术 屏蔽技术是利用屏蔽体对电磁能流的发射、 吸收和引导作用，“切断”高频电磁场干扰源至器 件或设备的传输路径，减少回路间的电磁场感应的 影响和干扰源和敏感器之间的分布电容，从而达到 消除或减弱干扰源对其它器件或设备不良影响的效 果，抑制电磁辐射干扰，它有三种方式，即电场屏 蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽[3]。 2.3 滤波设计技术 滤波器用途在于对信号进行选择和抑制，利用 感性和容性器件的频率响应原理，将噪声干扰衰减 到一定水平，使工作频率信号通过，同时能衰减进 入和出自设备的电磁干扰信号。按频率特性，滤波 器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器 和带阻滤波器。 电磁骚扰滤波器（EMI电源滤波器）是抑制电 磁传导干扰极有效的器件，它包括信号滤波器和电 源线滤波器，对电源线上共模不对称EMI骚扰和差 模对称EMI骚扰都有抑制作用。 3 电磁兼容性电源应用实例 提高电源线上的抗干扰能力是整体提高电子设 备或系统抗扰度的一个重要方法，这是因为电子设 备对电源线的干扰和电压波动十分敏感，下面以某 家用型臭氧治疗仪中电源电路设计为实例，简要介 绍电磁兼容性中滤波、屏蔽和接地技术在电源电路 设计中的应用。 该治疗仪系统主要有单片机控制单元模块、电 源电路模块、臭氧发生器模块、气源流量控制管路 和键盘输入模块等组成。系统结构设计如图2所示。 图2 家用臭氧治疗仪系统结构图 Fig.2 Structune of Ozone Medical Apparatus 臭氧发生器模块是通过电源电压升至高压后 接臭氧发生管，再经过电晕放电，从而产生臭氧。 因此，设备自身的高压干扰会传导耦合到整个系统 电源，干扰单片机控制模块，影响整个系统的正常 工作；由于该产品定位为家用型，外观设计小巧方 便，治疗仪内部空间狭小、布线难度大，因此对整 体的电磁兼容性设计提出了更高的要求。为此，本 文在此设计出一种采用滤波、屏蔽和接地技术的电 源设计电路，如下图3所示。 图3 系统电源电路图 Fig.3 Schematic circuit diagram of system power 在现今电器网络中，各类设备的开关操作或者 雷击放电产生的电涌电压都会对电气电子设备产生 冲击。因此，在交流电源进线处，我们首先设置一 个带防浪涌的EMI电源滤波器，利用三个压敏电阻把 浪涌电压波钳位在压敏电阻附近，从而把浪涌电压 旁路掉。电感（L1，L2）和电容（C1,C2,C3）等器件 组成低通滤波器电路，用来抑制电源线上不对称共 梁伟中：电磁兼容技术及其在电源设计中的应用
34 深圳信息职业技术学院学报 第15卷 模EM骚扰，同时，L1和2组成的共模电感.能对共 更加纯正，这对后面直流电路中的单片机控制单元 摸电流起到抑制作用。因此上述的设计电路能有效 的运行稳定有很大作用，并且电源EMI滤波器还通 地利用压敏电阻、电源滤波器抑制浪涌电压冲击和 过安全接地方法，将干扰旁路到电源地线上，使系 高频率电磁波的干扰。，达到电磁兼容的目的 统进一步提高整体抗干扰能力和安全稳定性。 在本系统电源电路设计中，为了更好地解决 电路环流在公共阻抗上产生的电压变化对敏感设备 带来的干扰系统采用了隔离变压器用以解决设备 山何惠森.基于AC-DC开关电源系统的电磁兼容设计及衫 间的电气隔离间顺.其原理加下图4所示。隔离表 定性研究D1陕西：西安电子科技大学，2012 压器把申国设各与用电设备相隔离以法到稳定电 HE Huisen.Study of EMC and Stability for AC-DC Switch Powe 压、隔离谐波以及保护人身安全的作用。 电异 [2]李高升.电子信息系统电磁兼容维护关键技术研究] 长沙：国防科学技术大学，2013 LI gaosheng.Investigation Electromagnetie Compatibility Maintenanee for Electronie Information SystemslDl Changshan:Graduate School of 杨继深电磁兼容技术北京：电子工业出版社.2005 YANGjishen.Eleetromagnetic Compatibility(M.Beijing Publishing House of Electmonics Industry.2005(in chinese) 贾俊.高速互连设计中的信号完整性和电磁兼容性研究 4结论 D1武汉：武汉大学，2004 JIA Jun.Research of Signal Integrity and Elec 电磁骚扰源的抑制技术与提高抗扰度的设计具 有互易性，例如电源滤波器不仅是抑制电气、电子 Wuhan:WUHAN University.2004(in chinese) 设备或者系统自身的电磁骚扰源，同样对电磁环境 [⑤)谢勇.家电等产：品EMC检测认证及整改对策的工程应用 中的电磁骚扰提供阻抗的通路，从而提高了设备或 D广州：华南理工大学大学204 系统的抗骚扰能力。 XIE yong.EMC Testing.Certification and Modification for 本电源申路设十结合利用了电源EI滤波器的 Household Appliances EtclDl.Guangzhou:South China 双向特性和带电屏蔽隔离变压器的屏蔽隔离作用 University of Technology.2014(in chinese) 问，使交流电流经过滤波、整流电路后的直流电源 Application of Electromagnetic Compatibility Technology in Power Supply (Section of Sate-owned Assets Management Shenghen Institute of Infomation Technology.Shenzhen 518172.China Abstract:State of Eleetromagnetic Compatibility(EMC)of equipments and systems is achieved via seientifie and appropriate EMC design and fabrication,and is kept by timely and effective EMC maintenance.Based on an application example,this paper studies EMC technology and method,discusses the design and implementation of the system.and improves the anti-interference ability of the whole power supply system. Key words: netic ompatibility(EMC):design:mainten e:power systen 【贡任编辑：高潮】 1994-018 China Academie Joumal Eleetronie Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.ne
34 深圳信息职业技术学院学报 第15卷 第3期 35 模EMI骚扰，同时，L1和L2组成的共模电感，能对共 模电流起到抑制作用。因此上述的设计电路能有效 地利用压敏电阻、电源滤波器抑制浪涌电压冲击和 高频率电磁波的干扰，达到电磁兼容的目的。 在本系统电源电路设计中，为了更好地解决 电路环流在公共阻抗上产生的电压变化对敏感设备 带来的干扰，系统采用了隔离变压器用以解决设备 间的电气隔离问题，其原理如下图4所示。隔离表 压器把电网设备与用电设备相隔离，以达到稳定电 压、隔离谐波以及保护人身安全的作用。 图4 带屏蔽体隔离变压器原理图 Fig.4 The Schematic Diagram of Isolation Transformer 4 结论 电磁骚扰源的抑制技术与提高抗扰度的设计具 有互易性，例如电源滤波器不仅是抑制电气、电子 设备或者系统自身的电磁骚扰源，同样对电磁环境 中的电磁骚扰提供阻抗的通路，从而提高了设备或 系统的抗骚扰能力。 本电源电路设计结合利用了电源EMI滤波器的 双向特性和带电屏蔽隔离变压器的屏蔽隔离作用 [5]，使交流电流经过滤波、整流电路后的直流电源 更加纯正，这对后面直流电路中的单片机控制单元 的运行稳定有很大作用，并且电源EMI滤波器还通 过安全接地方法，将干扰旁路到电源地线上，使系 统进一步提高整体抗干扰能力和安全稳定性。 参考文献(References): [1] 何惠森. 基于AC-DC开关电源系统的电磁兼容设计及稳 定性研究[D]. 陕西：西安电子科技大学，2012. HE Huisen. Study of EMC and Stability for AC-DC Switch Power Supply System[D]. Shan xi:XIDIAN University, 2012(in chinese) [2] 李高升. 电子信息系统电磁兼容维护关键技术研究[D]. 长沙: 国防科学技术大学, 2013 L I gaosheng.Investigation on Key Techniques of Electromagnetic Compatibility Maintenance for Electronic Information Systems[D]. Changshan: Graduate School of National University of Defense Technolog, 2013(in chinese) [3] 杨继深. 电磁兼容技术[M]. 北京: 电子工业出版社. 2005 YANGjishen.Electromagnetic Compatibility[M]. Beijing: Publishing House of Electronics Industry.2005(in chinese) [4] 贾俊. 高速互连设计中的信号完整性和电磁兼容性研究 [D]. 武汉: 武汉大学, 2004 JIA Jun. Research of Signal Integrity and Electromagnetic Compatibility in High Speed Interconnect Design[D]. Wuhan: WUHAN University, 2004(in chinese) [5] 谢勇. 家电等产品EMC检测认证及整改对策的工程应用 [D]. 广州: 华南理工大学大学,2014 XIE yong. EMC Testing, Certification and Modification for Household Appliances Etc[D]. Guangzhou:South China University of Technology. 2014(in chinese) Application of Electromagnetic Compatibility Technology in Power Supply LIANG Weizhong （Section of State-owned Assets Management Shenzhen Institute of Information Technology, Shenzhen 518172, China） Abstract: State of Electromagnetic Compatibility(EMC) of electronics equipments and systems is achieved via scientific and appropriate EMC design and fabrication, and is kept by timely and effective EMC maintenance. Based on an application example, this paper studies EMC technology and method, discusses the design and implementation of the system, and improves the anti-interference ability of the whole power supply system. Key words: electromagnetic compatibility(EMC); design; maintenance; power system 【责任编辑：高潮】