如何解决电磁兼容性 (EMC)

如何解决电磁兼容性 (EMC) – 第 1 部分

如果您是无线电爱好者，您也许可以在智能手机上预测消息或来电的到来。由于手机无线电收发器的工作方式，它可能会造成干扰，您可以在附近的音频设备电路中听到这些干扰。随着技术的进步，这种干扰越来越少，但这种干扰在过去很常见。直到 1970 年代，电气设备造成的干扰还不是什么大问题。然而，随着家用电器的发展，冰箱等设备在压缩机打开和关闭时会对电视和收音机造成干扰。随之而来的是越来越多的高频数字设备，例如家用电脑。此时，标准化机构决定定义电磁兼容性，以确保电气和电子产品的正确运行。

什么是电磁兼容性(EMC)？

电磁兼容性或 EMC 包含四个关键方面，在设备销售前必须检查这些方面。它涵盖：

辐射——对产品发射信号功率的限制，可能会干扰附近其他设备的运行。辐射可能会辐射，例如从智能手机或 Wi-Fi 路由器发出，或从电源插座或电源沿电缆传导。

免疫力——尽管受到附近其他设备的干扰，仍能正确运行的能力。

信号完整性——避免产生干扰设备自身运行的信号。

静电放电 (ESD) – 防止人体接触设备时产生的高压放电。

如果电视机或收音机等设备显示出操作不当的迹象，例如产生不需要的声音或图像中断，则表示它受到了电磁干扰 (EMI)。 EMI 可能通过电源或通信电缆传导或辐射。

EMC 有哪些标准？

满足 EMC 要求需要在产品设计中更加谨慎和努力。这可以从简单、低成本的措施（例如添加铁氧体磁珠）到更复杂的措施（例如定制屏蔽的设计和安装）。为确保满足 EMC 的措施不会失控，IEC（国际电工委员会）和 CISPR（国际无线电扰动委员会）等组织根据产品类型及其预期用途制定了不同的要求。标准的基本分类如下：

基本标准：这些标准涵盖适用于所有应用程序和产品的一般规则。最著名的是 IEC 61000-4-x 系列。
通用标准：这里的重点是特定环境的 EMC 要求，例如家庭和工业，也称为“商业”总称。为了使产品可以使用，它必须满足 IEC 61000 中规定的最低水平 -1/2/3/4。
产品和产品系列标准：某些环境，例如铁路，必须在特别恶劣的条件下运行。在这里，存在用于定义精确要求以及航空航天、汽车、医疗和军事的测试级别和性能兼容性的标准。对于铁路，EN 50121-3-2 是定义机车车辆电磁兼容性的示例。

如何避免 EMC 问题？

与许多设计挑战一样，控制 EMC 需要从新项目开始就做出谨慎的设计选择。在与测试机构交谈时，他们报告说他们测试的产品中有多达 50% 第一次失败。因此，在整个产品开发过程中始终关注 EMC 主题至关重要。

在采购模块（例如 LCD 或电源转换器）时，应注意审查任何提供的 EMC 测试结果。此外，值得检查此类测试的年龄。在产品的整个生命周期中，个别组件可能会因生命周期终止公告而发生变化，这可能会改变模块的性能。值得考虑拥有一个独立的测试室来重新测试关键设计的模块。

EMI 问题通常追溯到印刷电路板 (PCB) 布局和连接电缆。所有这些问题最容易通过良好的设计实践来解决，而不是在问题出现后试图解决它们。一些建议包括：

尽可能靠近干扰源消除干扰
根据设计的电流开关和频率特性对 PCB 进行分区。
尽量保持信号线尽可能短。
将滤波电容器尽可能靠近它们所保护的元件放置。
加宽电源和接地走线以降低它们的阻抗。
在空间允许的情况下，为可能有助于解决 EMI 问题的组件留下不同的未放置足迹。如果需要，可以稍后轻松放置铁氧体、电容器和电阻器。
遵循供应商指南，了解如何连接数字和模拟集成电路 (IC) 上未使用的引脚。

还应注意，固件可以在解决 EMI 问题方面发挥作用。微控制器通常为高速开关电路提供转换率控制，而开关转换器等功率 IC 可提供扩频开关以最大限度地减少频率峰值。

ESD 测试涉及向用户在正常操作下可以接触到的产品部分注入高达 8 kV 的脉冲。有两种类型的测试：接触放电（通常针对底盘和其他暴露的金属表面）和空气放电。应添加瞬态电压抑制器 (TVS) 二极管以保护每条进入或离开的信号线。这些必须使用短走线正确接地。两种 TVS 类型，双向和单向，在 ESD 期间对地短路。主要区别在于单向 TVS 二极管具有较低的寄生电容，使其更适合高速数据线。

要了解有关 EMC 基础知识的更多信息，请阅读此博文的第二部分：https://www.tracopower.com/int/node/246