电磁骚扰：任何可能引起装置設备或系统性能降低，或者对有生命无生命的物质产生损坏作用的电磁现象

电磁干扰：由电磁骚扰引起的设备传输通道或系统性能的降低。 电磁兼容（EMC）：设备或系统在其中电磁环境中能正常工作并且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力

电磁骚扰发射：从骚扰源向外发出电磁骚扰能量的现象。

电磁骚扰敏感性：在存在电磁骚扰的情况下设备分系统或系统不能避免性能降低的能力。 抗擾度：设备分系统或系统面临电磁骚扰不降低运动性能的能力。

EMC设计思路：从分析形成电磁干扰后果的基本要素出发：1.电磁骚扰源2.耦合途径3.敏感设备

电磁兼容预测：在设计阶段通过计算的方法对电气电子元件设备乃至整个系统的电磁兼容特性进行分析。

计算机外界干扰嘚来源有哪些

1.射频干扰：大功率的无线电发射设备，高频大电流设备或射频理疗设备等计算机所受到的危害程度取决于干扰场强，频率和计算机自身的电磁敏感度

2.工频电源干扰：典雅的大幅度波动或冲击性电流沿电源线进入计算机系统 3.静电干扰：造成计算机中大规模集成电路损坏的主要原因。

4.雷电脉冲干扰：雷电脉冲形成的过电压通过各种线路进入到计算机系统中 电磁环境的有害影响主要表现有哪些？

1接收机等敏感设备性能降级2.机电设备电子线路，元器件等误动作3.烧毁或击穿元器件4.点爆设置易燃材料等意外触发或点燃等。 自然騷扰源的种类：

1.电子噪声 热噪声 散弹噪声 1lf噪声和天线噪声等2.天电噪声3.地球外噪声4.沉积静电等其他自然噪声

人为噪声源的种类：1.连续波骚擾源 a发射机：缠身大哥电磁骚扰包括有意信号发射，谐波发射信号一级乱真发射信号本机振荡器b交流声：交流声是由进入系统的周期性低頻信号引起的连续波骚扰 2.瞬态骚扰源：a开关转换动作b含有整流子和电刷的旋转电机以及照明装置c点火装置d高压输电线，间隙击穿电晕放电。

3.非线性现象：非线性失真开关瞬态，调制互调。

表面电阻率：表征物体表面导电性能的物理量它是正方形材料两边测得的电阻值，与该物体正方形边长无关 单位Ω

最小点燃能量：在常温常压下影响物质点燃的各种因素处于最敏感条件，点燃该物质所需的最小電气能量

静电形成的内因和外因：

内因：a各种物质逸出功的不同是产生静电的基础b以电阻率来表示，电阻率越小导电性能越好，电阻率的大小是静电能够积累的条件C物质的介电常数即电容率是决定静电电容的主要因素

外因：摩擦起电 附着起电 感应起电 极化起电 雷电感應起电 固体的其他带电方式还有断裂带点，剥离带电沉降带电，喷雾起电

静电的危害有哪些：1.静电造成爆炸和火灾灾害2.静电对人体的危害：人体电击引发火宅和爆炸，对静电敏感的电子产品的工作造成危害3.静电产生的生产故障（与静电力学感应与放点效应有关）4.静电放電产生的电磁骚扰影响信息系统设备的正常运行

ESD能量传播方式：1.放电电流通过导体传播2.激励一定频谱狂堵的脉冲能量在空间传播 信息系統环境中静电的防护措施： 从设备角度：a设备中不用的输入端不允许处于不连接或悬浮状态b使用滤波器阻止ESD能量耦合到设备内部c 外壳设计PCB設计和阻止ESD辐射及传导耦合d一个正确的电缆保护系统可以提高系统的非敏感性。

为了减少辐射EMI偶和机制电缆线长和回路面积要减小，在電缆的两端电缆屏蔽必须与壳体屏蔽连接

从机房角度（降低发生ESD几率）：a基本工作间可铺设导静电地面b主机房内可采用防静电活动地板c導静电地面，防静电活动地板工作台及座椅垫套材料必须是导静电的d主机房的导体必须与大地有可靠连接e静电接地的连接线应有组稿的機械强度和化学稳定性。

传导耦合：电磁灶生的能量在电路中以电压或电流的形式通过金属导线或其他元件耦合至被干扰设备。根据电磁噪声耦合特点可分为直接传导耦合公共阻抗传导耦合，转移阻抗传导耦合

公共阻抗传导耦合：噪声通过印刷版电路和机壳接地线，設备的公共安全接地线以及接地网络中的公共阻抗产生公共地阻抗偶合噪声通过交流供电电源及直流供电电源阻抗时，产生公共电源阻忼耦合 辐射耦合：电磁噪声的能量，以电磁场能量的形式通过空间辐射传播偶合道被干扰设备（电路）可分为进场耦合和远场耦合。 良好的电场屏蔽必须满足下列条件：1.露出屏蔽层之外的芯线部分越短越好2.屏蔽层必须有良好接地 公共阻抗耦合主要包括哪两种情况：公囲阻抗耦合和公共电源阻抗耦合 短单极天线和小环天线性质，进场和远场的性质 短单极天线

远场区：电基本振子的电磁场只有两个分量，相互垂直同相位，坡印廷矢量是实数指向r方向，说明远场的场是一个沿径向向外传播的电磁波远场区是一个辐射场；电场和磁场嘚比值为一个纯实数称为力波阻抗；辐射强度电基本振子的电流成正比与距离成反比；在不同方向上，辐射强度不等表明电基本振子的輻射有方向性。 进场区：

电场与静电场中的电偶极子电场仪相似磁场和恒定电流元磁场相似，近场区为稳恒场；近场区随距离增大而快速减小；电场与磁场相位差90°坡印廷矢量为虚数，电磁能量在源与场之间来回振荡

小环天线近场远场特性与短单机天线相同就是把电场換位磁场，磁场换为电场

提高计算机系统兼容水平的措施有哪些？1.从硬件软件设计着手提高系统自身抗干扰能力2.屏蔽接地3.滤波技术（抑淛传导耦合干扰）4.采用光技术

信息系统的供电接地制式采用什么方式TN-S制式 直流地与大地连接的方式有哪些：1.串直流接地2.并联式直流接地3.網格式直流接地4.混合接地系统

信息系统中接地种类：交流工作地，直流工作地安全保护地，屏蔽接地防静电接地，防雷保护接地

接地系统的目的和要求：要求1.及时有效释放脉冲干扰能量2.接地装置在吸收大量脉冲电流后地电位浮动尽量低 目的：1.保证接地系统有很低的公共阻抗使系统中各电路电流通过该公共阻抗产生的直接传导噪声电压最小2.在有高频电流的场合，保证信号地对大地有较低的共横电压使信号地差生的辐射噪声最低3.保证地线，信号线构成的回路面积最小4.保证人生安全设备安全

直流工作地悬浮的原因1.信息系统的支流地与交鋶地接在一起，可能会引入交流地网干扰2.支流地与交流地分开可使交直流之间不会形成电流回路可以防止漏电进入信息系统3.工作于直流及低频范围的小型设备对市电频率高电平的共模噪声有很大的共模抑制比而设备本身功率和电压电平又太高，此时采用浮地信号系统

压制哋回路干扰的技术措施：1.信号源本身浮空放大器接地2.信号源接地放大器浮空3.均接地4.引入信号平衡变压器实现地环路隔离5.引入光耦合器实現隔离地环路6.引入差动放大器实现地环路隔离7.引入共模扼流圈实现地环路隔离8.将信号地与机壳绝缘9.用平衡点路代替不平衡电路。

按屏蔽的電磁场性质分类：电场屏蔽（静电场屏蔽及低频交变电场屏蔽）磁场屏蔽（直流磁场屏蔽和低频交流磁场屏蔽）点磁场屏蔽（同时存在电場及磁场的高频辐射点磁场屏蔽） 按屏蔽体结构分类：完整屏蔽体屏蔽非完整屏蔽体屏蔽，编制体屏蔽 电场高频电磁场和低频磁场屏蔽原理：

1.电场屏蔽的基本原理：采用金属屏蔽体屏蔽电场必须满足两个条件完善的屏蔽及屏蔽体良好接地2.磁场屏蔽的基本原理：磁场屏蔽嘚目的是消除或抑制直流或低频交流磁场噪声源与被干扰回路的磁耦合：a采用高磁导率材料的屏蔽体进行屏蔽b采用反向磁场抵消来实现磁屏蔽c辐射电磁场屏蔽的基本原理：电磁波在穿透屏蔽时产生的感生涡流引起，感生涡流可产生一个反向磁场以抵消原干扰磁场

屏蔽效能如哬定义影响屏蔽效果大小的因素有哪些？

屏蔽效能SE指未加屏蔽时某一测量点的场强与加屏蔽后同一测量点的场强之比

E（有屏蔽）H（有屏蔽）SS电场屏蔽材料选择原则：

1.电场屏蔽材料选择原则：必需具有良好导电性

2.电磁波屏蔽材料选择原则：电场分量屏蔽主要靠屏蔽层第一界媔反射屏蔽材料必须具有良好导电性，电导率大具有一定厚度的材料，具体数值与电磁波频率有关

反射式滤波器工作原理：一般由电感线圈和电容器构成在通带内呈低的串联阻抗和高的并联阻抗。在阻带范围内呈低的并联阻抗和高的串联阻抗这样可以组织有用的频率意外的其余成分通过，并把它们反射回信号源

吸收式滤波器工作原理：由有损原件组成，把不希望的频率成分吸收掉以达到滤波的目嘚 随着频率的升高，实际电容器和电感器特征有何变化

一个实际电容器除呈现电容特性外还含有电阻和电感的特性。随着频率升高當0fo时，实际电容器成感性

一个实际电感器，除呈现电感特性外还包含电阻和线圈绕组分布电感特性，随着频率升高当0fo线圈绕组分布電容其主导作用呈容性。 插入损耗：当未接滤波器时接收机测得信号源输出电压为E1，把EMI滤波器插入到信号源和接收机之间后在靠近EMI滤波器输出端口处测得信号源电压为E2 插入损耗

滤波器安装要注意哪些问题？1.滤波器最好安装在干扰源出口处再将干扰源和滤波器完全屏蔽茬一个盒子里。2.滤波器的输入和输出线必须分开3.滤波器中电容器导线应尽可能短4.对滤波器的抑制元件咬进行良好屏蔽5.焊接在同一插座上的烸根导线都必须进行滤波6.套管滤波器必须完全同轴安装

板上滤波器注意事项 信号滤波器安装：

面板安装滤波器注意事项：

馈通滤波器适於安装在屏蔽壳体上，有很好的高频率波效果特别适于单个单线穿过屏蔽体。 滤波器连接器适于安装在屏蔽相箱上有良好的高频率波效果，用于多跟导线（电线）穿过屏蔽体

板上滤波器安装注意：滤波器靠近借口，在接口处设置挡板线路板干净与金属板紧密搭接 信號滤波器安装：滤波器靠近被率波导线的靠近器件或线路板一段，有屏蔽的场合装在屏蔽截面上面板安装滤波器注意：滤波器与面板之間必须使用电磁密封衬垫 线路板安装滤波器适于安装在线路板上，具有成本低安装方便等优点高频不佳。 滤波器连接器适于安装在屏蔽楿箱上有良好的高频率波效果用于多跟导线穿过屏蔽体。

干扰侵入计算机的途径有哪些

1.串模干扰：串联与信号回路中的干扰，产生于傳输线的互感和频率有关 2.共模干扰：干扰电压同时加到两条信号线上出现的干扰。

3.端口感应干扰：端口静电感应多端口延迟不一致，湔后沿产生振荡 4.动态RAM易产生串扰并经公共阻抗干扰其他电路。5.工频干扰6.单片机系统产生串扰通路而相互干扰7.外部高频辐射干扰电路8.接哋不良造成地线上不平衡电流，谐波电流浪涌等多种干扰信号侵入计算机9.电源是多种干扰信号侵入计算机的途径。 计算机电磁泄漏的主偠途径有哪些如何防止？

计算机以两种方式向外泄漏电磁信号：1.空间电磁波2.传导波在计算机和机壳内的某一空间，总是同时存在静电場磁场，电磁场其中静电场与磁场是近场，以感应的方式在导体上形成传导波电磁场是远场，以空间波的形式辐射

防止：对于传導波可在导体上加上滤波器，SPD 对于电磁波可采用屏蔽技术 如何对计算机机房进行全面的EMC设计

要完成以下任务：机房选址总体结构设计，屏蔽体设计静电防护设计，电磁防护设计计算机机房噪音防护设计，安全防护设计其他配套设施设计。

机房的设计原则：通过屏蔽滤波，接地匹配，选材料来阻止减小静电的电磁波的传输

EMC）是否等同于电磁干扰（EMI），为什么 不同，电磁兼容是设备要有一定的忼电磁干扰能力二是设备中自身产生的电磁骚扰抑制在一定水平下。 简述EMC指标分配和功能分块的设计方法：①分析系统所处的电磁环境②选择频谱及频率③制定电磁兼容要求与控制计划④设备及电路的电磁兼容设计包括控制发射、控制灵敏度、控制耦合以及接线、布线與电缆网设计、滤波、屏蔽、接地与搭接的设计等。 信噪比=10lgS/N（dB）;S:信号的功率、N噪声的功率 分贝单位的计算：噪声系数NF=（Si/Ni）/（So/No）,Si为输入信号功率；Ni为输入噪声功率；So为输出信号功率；No为输出端噪声功率 差模干扰：电路中某一端与另一端所构成回路中的干扰信号；共模干扰：一傳输目标信号双端作为一线又以地为另一线所构成的传输回路，让骚扰信号进去工作单元的模式 干扰耦合的方式：直接耦合、漏电耦匼、公共阻抗耦合、电容性耦合、电磁感应耦合、辐射耦合。 天线效应：辐射的干扰源的设备结构必须是开放式的几何尺寸必须和电磁波波长必须是统一数量级，满足辐射条件的结构件、元件、部件能够起着发生天线和接受天线的作用被称为天线效应 电磁辐射场与电磁感应场在能量传输方面有什么不同：前者通过介质传播；后者通过电磁感应或耦合的方式传播。什么是公共阻抗耦合消除公共阻抗耦合嘚途径有哪些：当两个电路共用一段地线时，由于地线的阻抗一个电路中的信号会耦合进入另一个电路，这样一个电路的地电位会受到叧一个电路工作电流的调制而被干扰；减小共地线部分的阻抗（增大导线直径或减小直流电转交流电阻）、通过适当的接地方式（串并联單点接地） 什么是地环路干扰解决方法有哪些：由于电路的不平衡性，每根导线上的电流不同因此形成的差模电压，对电路的干扰；將一端的设备浮地、是隔离变压器实现设备之间的连接什么是电磁屏蔽连续性设计：要求屏蔽体及其所在的窗口和缝隙结合部分应具有良好的导电性和导磁性，不能因缝隙而断开磁路 理想的EMI滤波有何特点，选频网络具有怎样的阻抗特性：滤波器仅起阻抗匹配作用不吸收有用信号的能量、滤波器来自源端的EMI信号全部被吸收消耗，实现EMI信号的全反射、滤波器将电子设备产生的EMI信号全部吸收并消耗掉实现对EMI信号的全反射； 电路对称型设计对电磁兼容有何改善：防止共模干扰转换成差模干扰 什么是LISN，其主要作用是什么：线路阻抗稳定网络；穩定阻抗作用、隔离和耦合作用 什么是浪涌，浪涌的主要成因组成浪涌保护条件：比正常电压或电流高出很多倍的瞬时电压或电流称為浪涌电压或浪涌电流；雷电或设备开关都会产生浪涌；利用气体放电管、固体放电管、压敏电阻、硅瞬变压器吸收二极管以及热敏电阻等瞬变骚扰抑制器件组成浪涌抑制电路。

采用滤波连接器有哪些优点：体积小、多功能、使用方便、低成本（注意事项：滤波器的接地、屏蔽机箱、滤波连接器的选用、滤波连接器的安装焊接）

简述基于有源噪声补偿技术消除稳态、重复、确定性噪声的步骤：对噪声波形進行采样、取逆采样波形、将逆信号波形增幅至与实际噪声相同的振幅、注入逆转、增幅后的信号，实现噪声对消 相比于无缘滤波器有源滤波器的特点：①不仅可以补偿各次谐波，还可以抑制闪边补偿无功，一机多能；②滤波器特性不受阻抗等的影响可消除与系统阻忼发生谐振的危险；③具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化的谐波具有可控性和快速响应性。 什么是时域测量什么是频域测量，分別使用那些测量仪器：时域测量是测量干扰信号与时间有关的特性（常用仪器：记忆示波器、电压（电流、功率）探头、）；频域测量就昰测量干扰信号与频域有关的特性（常用仪器：频谱分析仪、干扰场强仪、选频电压表等） 时域→频域 傅里叶变化 频域→时域 傅里叶逆变換 上升时间与带宽之间的关系：测量仪器的带宽越宽其响应的时间就越快t=0.35/B 如何进行辐射敏感度测量：通过天线产生给定频率和强度的磁場，将EUT置于均匀磁场中逐渐加强场强，直至EUT工作发生异常这时的磁场强度和磁通密度与频率的关系就是EUT的辐射磁场敏感度。 什么是EFT（電快速瞬间脉冲）简述EMC测试的EFT波形的特点：是由一系列重复出现的周期或非周期脉冲构成，持续时间很短每一个脉冲群中都包含了数個脉冲，脉冲强度可达几千伏脉冲群中的单个脉冲有特定的重复周期、电压幅值、上升时间、脉宽。 什么是预兼容测试方法预兼容测試的技术是什么：先组建一个简单而符合基本测试规程要求的EMC实验室，以便在研发、中试、产品定型等各种环节进行EMC摸底测试及时修正這些时期出现的EMI问题，并使测试结果具有比较大的余量以修正与专门EMC实验室测试时环境和仪器等造成的偏差，待产品在自己组建的实验室测试完全通过并在各种要求的指标上具有比较大的余量后再去专门的EMC实验室完成正式的测试、；技术：组建一个简单而又符合规范的簡单的EMC实验室。 电磁兼容测试测量环境：开阔场地、电波暗室、屏蔽室 什么是计算与测试结合预测法？与传统方法相比有何优点：是指對系统、分系统、各部件、元器件等各级别的电磁特性分别进行分析预测合理分配各项指标要求，并且在系统整个设计过程中集合实驗测试，不断进行修正和补充是系统工作在最佳状态。

充分吸收了纠错法和规范设计法的优点克服了他们的局限性，是目前电磁兼容預测技术的最高阶段因为它既可以对研究的电力电子装置的传导电磁发射进行早期预测，也可以结合测试不断确定分布参数有利于对系统潜在电磁干扰的分析、对装置电磁发射的控制措施设计，因而可以降低装置为满足电磁兼容设计所需的成本

数字电路常见的噪声有哪些,抑制措施一般有哪些：电源噪声、地线噪声、串扰、反射、公共阻抗噪声；数字电路输入端不能悬空、尽量缩短电源线和接地线、旁蕗电路靠近集成电路电源引脚、RS触发器等集成电路的输入端和地线间介入陶瓷电容以增强该期间的抗干扰能力、大量数据信息同时传输和變化时注意抑制感应噪声，减少与其他控制电路间的串扰 抑制电源噪声的措施有哪些：①不得将开关电源工频电源线与经开关电源整流後的直流输出线捆扎在一起，以免形成串扰②输出采用双绞线③不要沿开关电源线敷设信号输入、输出线④机壳接地与信号接地分开⑤周密设计针对浪涌冲击电流的抑制措施 采用多层电路板有哪些优点如何设置多层板，简述方法：优点：①可以增加布线密度②可以是传输線阻抗稳定 方法：一般专门用两层作电源和信号地线这样信号线和地线之间的距离仅为层间的距离。 什么是PCB走线中的3—W原则简述3—W原則设计：原则即差分对线之间的距离应为1—W，差分线对于其他走线之间的距离需要使用3—W原则；①通过增加信号线之间的距离可以减少串扰②走线间距离间隔必须是单一走线宽度的3倍；或两个走线间的距离间隔必须大于单一走线宽度的2倍③只要重要的信号使用3—W原则，而鈈是所有的信号使用3—W原则④通常的规则是针对时钟走线、差分对、视频、音频及复位线或其他关键的系统走线强制使用3—W原则 简述抑淛谐波和提高功率因素的方法：电力无源滤波技术和电力有源滤波技术 运用功率因素校正（PFC电路）

自然采样法形成的SPWM有何缺点，相比对称規则采样法不对称规则采样法有何优点：缺点：由于脉宽计算公式是一个超越方程，采样点不能预先确定只能通过数值迭代求解，实際控制较困难不符合全数字控制要求。每个周期采样两次波形逼近程度得到很大的提高，却因此增加了程序设计的复杂程度而且会使系统产生比较大的延时。

什么事软开关技术从EMI产生来看，软开关变换器相比硬开关PWM变换器有何优点：所谓软开关是利用谐振原理使開关变换器开关管的电流（或电压）按正弦（或准正弦）规律变化，当电压过零时开关闭合，电流过零时开关断开。 优点：①硬开关PWM技术是以中断功率通量和控制占空比的方法来变换功率结果形成脉冲电流和脉冲电压；而谐振技术是以正弦形式变换功率，他的频谱通瑺比PWM变换器窄因而对比PWM变换器，在输入端所具有的谐波干扰较小而基波分量较大②谐振开关变换器的工作波形为准正弦波具有较低的di/dt囷du/dt③谐振开关变换器利用了器件结电容和变压器漏感作谐振LC电路一部分，故对有害分布参数不敏感④谐振开关变换器工作于较高频率便於集成化和最小化，因而通常具有较高的功率因素对于减小电流回路、缩短连线长度十分有利。 简述抑制高频开关频率引起的高频Ldi/dt和Cdu/dt噪聲的方法：随机频率控制、调制频率控制、扩频控制、抖频控制、混沌控制 影响电力系统二次设备的干扰源主要有哪些，其中最具影响莋用的是什么：自然干扰、操作或系统故障时瞬态干扰、系统运行时的稳态干扰；最具影响作用的是一次开关动作时产生的瞬态干扰 与傳统的AIS变电站相比较，GIS在电磁兼容方面有何特点：GIS 电气部件的尺寸要小很多而且被屏蔽在金属壳内，因此产生的干扰和AIS不同GIS所产生的幹扰传播是通过流动在母线上的噪声来回反射；GIS的特性阻抗比AIS小很多，这就使得GIS与母线或架空线在连接处阻抗不匹配加剧导致干扰电流波嘚反射增加因此GIS比AIS产生的干扰波频率更高。 微逆变器有哪些EMC方面的问题：微逆变器每一单元滤波设计有限逆变后的谐波和高频开关频率噪声信号也会随各逆变器直接并入电网而传送到电网，不能像传统逆变器那样集中于机柜内屏蔽其电磁发射或集中在供电端滤波。 电磁干扰的诊断需要哪几类关键仪器（对辐射源的定位性质和强度的确定；对敏感源的诊断和定位）？电磁干扰问题的诊断和故障排查应茬哪些环节中展开（①排查准备②合理假设③现场检查④关于检测干扰源的说明⑤“强行损坏”技术）样机研发阶段或工作过程中可能會遇到的EMC问题有哪些：在复杂的电磁环境下EMI源繁多，耦合路径复杂且具有多变性和随机性，难以建立确定的电路模型 什么是3C认证：进ロ商品安全质量许可证制度（CCIB）、安全认证强制性监督管理制度（CCEE）、电磁兼容安全认证制度（CEMC） 有哪些国际组织和机构从事着电磁兼容標准化工作：国际电工委员会（IEC）、国际电信联盟（ITU）、欧美标准组织和中国标准组织

中国国家标准化管理委员会所属的从事EMC标准化技术笁作的组织有哪些（全国无线电干扰标准化技术委员会和全国电磁兼容标准化技术委员会）？国内EMC相关的组织有哪些（中国电工技术学会電磁兼容委员会、中国电机工程学会电磁干扰专业委员会、中国电源学会电磁兼容委员会、中国通信学会电磁兼容委员会、中国电子学会電磁兼容委员会、中国造船学会电磁兼容委员会、中国铁道学会电气化专业委员会防干扰学组） 对于某一种具体的产品，采用不同类型嘚EMC标准应按照何种顺序：①产品EMC标准最先采用②产品类EMC标准处于次优先应用的位置③对于某种产品如果没有产品EMC标准，又没有适用的产品类EMC标准则应采用通用EMC标准④对于某些特殊情况，如新产品的研制阶段如果国内没有通用EMC标准都没有适合的，则可以直接采用相应的國际标准⑤在选择试验限值是时原则上产品EMC标准应同于或严于产品类EMC标准，如果出现相反情况应在使用其产品EMC标准或产品类EMC标准中说奣其理由。

直流电转交流电机PWM控制器电磁兼容设计

摘要：近年来,直流电转交流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化随着计算机进叺控制领域以及新型的电力电子功率元件的不断出现,使采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制(pulsewidthModulation,简称PwM)控制方式己成为主流。与此同时,电磁幹扰带来的问题也越来越严重,现在己成为电气系统和设备正常工作突出的障碍因此如何在共同的电磁环境中,使电气设备不受干扰的影响,洏能相容的正常工作,是迫切急需解决的技术问题,而这一点正是研究电磁兼容性的目的。

文中首先对电磁兼容性问题进行理论分析,阐明了电磁干扰的本质和条件,分析了主要的电磁干扰,以及抑制干扰的措施分析了一般控制系统中的传导干扰的噪声源及祸合、电磁干扰的一些模型和相关的EMC设计。

其次,设计一个直流电转交流电机PWM控制器,简要介绍了直流电转交流电动机的PWM调速原理详细的介绍了CW1525A集成器及其电路设计。论文立足于工程实际应用和调速系统的具体要求,从脉宽调制的理论出发对主电路和控制部分各模块的功能和电路实现进行了研究,得到一個基于CW1525A的直流电转交流电机脉宽调速的控制器的设计方案

论文以设计的直流电转交流电机PWM控制器为研究对象,首先根据相关的标准对没有進行EMC设计的控制器进行测试,得到的测试数据显示系统的电磁兼容性很差。然后对电路的每一部分进行分析设计,加入相关的EMC设计,应用了电磁兼容性措施,其中大小电容并联使用,拓宽了频率的范围,使控制器的接地滤波的效果更好最后又用同样的方法对控制器进行电磁兼容测试,得箌的数据显示,控制器的电磁兼容性良好。

关键词：PWM；CW1525A；电磁兼容；传导；辐射

电磁兼容问题是伴随着电子技术的发展而产生的,人们在生产忣生活中使用的电子、电气设备的数量越来越多,这些设备在工作的同时必然要发射一些有用的或无用的电磁能量,它将影响其它设备的工作,從而形成电磁干扰[1]-[3]例如继电器通、断产生的瞬态电磁脉冲使计算机工作失常,飞机低空飞过住宅时,将干扰电视机和收音机的正常工作,使电視机出现杂乱的画面,电视机出现讨厌的噪音。严格地说,只要把两个以上的元件置于同一环境中,工作时就会产生电磁干扰,在系统之间会出现系统间的相互干扰,在系统内部各设备之间会出现设备间的相互干扰,在同一电子设备中的各部分电路会存在相互干扰尤其在航天飞机、普通飞机及舰艇中,大量的电子设备密集在狭小的空间,相互间的电磁干扰非常重要,在战斗中由于飞机和军舰上防御电子系统、进攻电子系统的楿互干扰不能同时兼容工作而出现事故的情形屡见不鲜。

此外,人为干扰和自然干扰有可能使系统或设备的性能发生有限度的降级,甚至可能使系统和设备失灵,干扰严重时会使系统和设备发生故障,例如,由于雷电和静电放电干扰和其它人为干扰,使火箭、飞船发射后出现计算机故障戓系统爆炸的事故多次发生各种强电干扰可能引起易挥发燃料、弹药和电爆装置的爆炸。同时,长期的电磁辐射将影响人体健康

客观事實使人们认识到电磁干扰的严重危害,为了保障电子系统和设备的正常工作必须研究、分析预测干扰,限制人为干扰强度,研究抑制电磁干扰的囿效技术手段,提高抗干扰能力,并进行合理的设计等,以使共同环境中的系统和设备能执行各自的正常功能。为了保证电子系统的正常工作,必須进行严格的电磁兼容设计,它对系统效能有着重大影响,其影响范围如图1-1所示由图可见电磁兼容在产品设计中的重要性,它应贯穿于研制、設计、生产、工艺、试验和使用等阶段。在产品设计之初就应该考虑电夕磁兼容问题,否则待产品出来进行测试时才发现问题,那时再设法解決将花费很高的代价,甚至不能彻底解决问题

图1-1 电磁兼容影响效能的范围

1.1.2 电磁兼容技术发展状况

电磁兼容是通过控制电磁干扰来实现的,因此该学科是在认识电磁干扰、研究电磁干扰和对抗电磁干扰的过程中发展起来的。

电磁干扰是人们早已发现的古老问题,1881年,英国著名科学家唏维赛德发表了“论干扰”的文章,这是研究干扰问题最主要的早期文献1833年,法拉第发现电磁感应定律。1864年麦克斯韦引入位移电流的概念指絀变化的电场将激发磁场,并由此预言电磁波的存在,这种电磁场的相互激发并在空间传播,是电磁干扰存在的理论基础1887年柏林电气协会成立铨部干扰问题委员会,1888年赫兹用实验证明了电磁波的存在,同时该实验也指出了各种打火系统将向空间发出电磁干扰,从此开始了对干扰问题的實验研究。1889年英国邮电部门研究了通信干扰问题,1934年英国有关部门对一千例干扰问题进行了分析,发现其中50%是电气设备引起的随着广播等无線电事业的发展,人们逐渐认识到应该对各种干扰进行控制。国际无线电干扰特别委员会(CISPR)以及其它有关学术组织及专业委员会的成立,开始了對电磁干扰问题进行世界性的有组织地对抗

显而易见,干扰与抗干扰问题是贯穿于无线电技术的发展的始终,电磁干扰问题虽然由来己久,但電磁兼容这一新的学科却是近代形成的,在干扰问题的长期研究中,使人们从理论上认识了电磁干扰产生的原因,明确了干扰的性质及数学物理模型,逐渐完善了干扰传输及藕合的计算方法,提出了抑制干扰的一系列技术措施,建立了电磁兼容的各种组织及电磁兼容系列标准和规范,逐渐茬电子学中形成一个新的分支,即为电磁兼容。

80年代以来,电磁兼容己成为十分活跃的学科领域,许多国家在电磁兼容标准与规范,分析预测、设計、测量及管理等方面均达到了很高水平现在电磁兼容己不只限于电子和电气设备本身,还涉及到电磁污染,电磁噪声等一系列生态效应及其它一些学科领域。

我国由于过去的工业基础比较薄弱,电磁环境危害尚未充分暴露,对电磁兼容的研究认识不足,起步较晚,与国际间的差距较夶近些年来,随着我国经济建设及科学技术的飞跃发展,对电磁兼容的研究出现了热潮。国家有关部门对电磁兼容技术十分重视,有关电磁兼嫆的学术组织纷纷成立,开展了一系列学术活动国内不少单位都建设或改造了EMC实验室,引进了较先进的电磁干扰和电磁敏感度自动测试系统囷设备。

由于电磁干扰已成为系统和设备正常工作的突出障碍,为了保证电磁兼容的实施,国际有关机构、各国政府、军事部门以及其它相关組织制定了一系列电磁兼容性标准和规范,标准和规范对设备或系统非预期发射和非预期响应做出了规定和限制,执行标准和规范是实现电磁兼容性、提高系统性能的重要保证标准与规范的种类和数目是相当多的,就其涉及的内容而言,它主要有这几个方面:

1、规定了电磁发射和敏感度的极限值;

2、统一规定了测量方法;

3、统一规定电磁兼容领域内的名词术语;

4、规定了设备、系统的电磁兼容要求及控制方法。

国外在研究、制定和实施电磁兼容性标准方面己有较长的历史,美国从二十世纪40年代起到现在先后制定了与电磁兼容性有关的军用标准和规范100多个

美國第一个无线电干扰标准是1945年6月制定的陆、海军标准JAN-I-225 “150KHz~20MHz”无线电干扰测量方法”。1964年美国国防部组织专门小组改进标准和规范的管理工作,淛定了三军共同的标准和规范,就是著名的MIL一STD一460系列电磁兼容标准[4],该标准主要用于设备和分系统的干扰控制及其设计,它提供了评价设备和分系统电磁兼容性的基本依据,同时,它还可以用于分析处于复杂电磁环境中的系统的电磁兼容性和有效性这个标准经过不断地修改、补充和唍善,不仅成为美国的军用标准,而且亦为亚欧各国的军事部门所采纳,目前最新的美国军用标准是MIL-STD-461E。

国际无线电干扰特别委员会(CISPR)作为国际电工技术委员会的下属机构,是国际间从事无线电干扰研究的权威组织,经常在其出版物中发表的关于测量技术的规范,推荐干扰的允许值标准及控淛干扰发射的报告,己为世界许多国家所采用,成为世界各国民用的通用标准[5]

二、控制系统的电磁兼容性

典型的控制系统一般由控制电路、驅动电路、检测电路组成。控制电路受数字控制器控制,数字控制器将外部指令或内部程序规定好的指令,将反馈的电流、电压、转速信号通過特定的算法,生成期望的PWM或者其它形式的开关信号,从而控制驱动电路逆变器桥臂的开关,来调节电动机的转速控制系统在工作中,大功率管茬开关过程中,寄生元件(如寄生电容、寄生电感等)中能量的高频变化产生了大量的电磁干扰。随着工作频率的不断提高,电磁干扰问题越来越嚴重控制系统有较强的电磁干扰发射源,这些电磁骚扰信号有较大的幅度,占用很宽的频带,如果不加以控制,则会通过传导和辐射的方式对周圍设备产生电磁干扰,影响其它设备的正常工作,造成电磁环境污染。

数字电路的EMC性能决定了控制系统的可靠性和产品性能电力电子设备的發展趋势是高效率、高功率密度、高开关频率和低成本,而应用在控制系统中的数字控制器的工作频率也越来越高、工作电压越来越低、功耗越来越大,这使得对数字控制器的EMC设计进行专门研究越来越迫切。 2.1控制系统的传导电磁干扰 2.1.1基本模态

Mode,CM)是传导EMI的两种基本模态DM噪声和CM噪声茬电路中存在的形式不同,特性也不一样,因此需要区别对待。通常,DM信号中包含电路的有用分量,特点是信号电流比较大,电路形状可见、比较规則、阻抗较小,物理面积有限;而CM信号存在于电路和地之间的环路里,信号电流小,但是电路形式不可见、形状不规则、阻抗大,物理面积大因此,CM噪声更加难以发现和控制,甚至有可能成为电路的主要噪声源[5]。下面以图2-1所示的单相三相制电路为例,说明DM和CM模态的含义

图2-1中所示的L线与N线Φ的电流参考方向下

因此，CM电流DM电流可以推算出

显然如图2-1所示的CM电压和DM电压可以表示为

从(3-2)式可以看出,如果L线和N线电流严格对称(因此DM分量吔称为对称分量,CM分量也称为不对称分量),则ICM=0,VDM=VCM=IDMZL/2。这和电工理论中讲述的情况吻合但是实际电路中L线和N线电流不可能做到严格对称,因此EMC的研究對象就是电路的非理想工作情况。

2.1.2控制系统内部的DM和CM噪声源

控制系统内部的DM噪声和CM噪声主要由主功率电路中开关管的高速开关引起 电网傳导来的DM噪声,主要是由于电网投切负荷、雷击、放电等瞬态现象发生时,会在电网内形成侨态噪声,这种噪声将主要沿供电线进入电力电子系統内部,最终干扰数字控制设备。

电子设备内部开关管的高速开关导致的DM模态的传导噪声源比较容易描述下面以如图2-2所示的单相输入三相輸出的PWM逆变器为例,讨沦较复杂的控制系统内部的DM噪声源。现在己经能形成共识的是,开关元件中流过的非线性电流就是DM噪声源为了描述这個非线性电流,先来分析其波形的成因[6]

图2-2 带LISN的单相输入三相输出PWM逆变器主功率拓扑[7]

如图2-2所示即为SPWM逆变器的调制策略示意图。一个周波(20ms)分为6个基本时区

每个时区都有自己的开关序列。输出滤波器电感Lf中的电流波形可以表示为:

这里I是输出电流的幅值?0是调制波的角频率。?0是調制波的初相角以区域Ⅰ为例,三相逆变桥上桥臂的开关管的控制信号分别如图2-4(a)所示。假设iaib，ic在开关周期内保持恒定,图2-5（b）为本区域開关序列下直流母线电流波形,图2-4(b)中Ia,Ib,Ic分别ia、ib、ic在本开关周期内的值。电流尖刺Ir是二极管的反向二极管恢复电流,2?r是其反向恢复时间其它区域的开关序列和直流母线电流依此类推。

(b) 图2-5 直流母线电流中的(a)负载电流(b)反向二极管恢复电流

与DM噪声只存在预先设计的电路之中不同,CM噪声存茬于电路与大地之间,因 此准确地进行计算是比较困难的

图2-6所示为图2-3所示的单相输入三相输出的PWM逆变器内部CM噪声的通路

图2-6噪声通路单相输叺三相输出PWM逆变器内部CM 示意图。噪声产生于桥臂开关管M1~M6风的高速开关行为在其与接地散热片一之间的寄生电容CSg上引起的位移电流,这些电流將沿直流母线流入电网(被LISN采样),或者沿输出电缆和负载电机与大地之间的寄生电容Ctg和Cmg流入大地它的传播路径难于精确建模和控制,而且将会帶来严重的CM噪声[7]。

CM噪声除了沿电缆线传播形成传导EMI,它将导致强烈的辐射EMI问题. 2.1.3控制系统内部传导EMI噪声的耦合 2.1.3.1公共阻抗耦合

传导祸合要求源与敏感电路之间有完整的电路连接图2-7中,信号源Vs通过内阻Zs和电源线阻抗易向负载Zp及ZL馈电,最后通过地阻抗Zo返回。在没有噪声耦合不存在风 支路)時,负载上分得的电压

图2-7 公共地阻抗耦合示意图

显然,噪声源内通过公共阻抗Zo给负载ZL引入了噪声从式(3-7)噪声项可以看出,尽量减小公共阻抗Zo是减尛该噪声的唯一途径。不光公共地阻抗Zo可以祸合噪声,供电网络阻Zp也是常见的公共阻抗,也需要慎重对待[8] 2.1.3.2感性耦合与容性耦合

如图2一8(a)和(b)所示,噪声源九和风通过互感M和互电容c向负载zL传播噪声。 实际电路中,公共阻抗耦合、容性耦合与感性耦合都同时存在对于低阻抗回路, Zs+ZL+ZP的大小和互感M的阻抗相差不特别大的情况下,互感M将在负载zL上形 成比较大的噪声电流,对电路的影响将更加明显;对于高阻抗回路,容性耦合将会起到

图2-8 (a)感性耦合示意图(b)容性耦合示意图

主要作用,频率越高,影响越明显。相比较而言,公共阻抗耦合比感性耦合和容性耦合容易发现,相对也容易控制;容性耦合与感性耦合是近场耦合的简化表示,处理起来更加复杂

三、控制系统的传导EMC设计

(a)开关电源小信号模型

图3-1(a)所示为反激式开关电源的拓撲结构图,其简化的小信号模型如图3-1(b)所示,图中电阻Ron为开关管的等效导通电阻,R为负载电阻,D为控制脉冲的占空比,D’为1-D。对于一个以100kHz的开关频率工莋的Flyback型开关电源,由?I噪声引起

的负载变化频率若为100MHz,电源的控制环节根本来不及根据负载的瞬时波动调节占 空比D因此,图3-1(b)中简化的小信号模型忽略了占空比D的波动。本节只考虑负载 R的改变所引起输出电压价(t)的变化,这和一般控制设计上的小信号模型不同由 图2-1(b)可以得出

图2-1 (a)反激式開关电源拓扑

(b)简化的小信号模型

式(2-1)揭示了输出电压和输出负载之间的祸合关系。这里,电源的占空比D、变压器变比n及输入电压在10MHz的数字时钟頻率上可以认为是不变的,Zs由开关电源内部电路决定,因此不能通过控制它们实现对输出电源的解耦由式（2-1)可以看到,负载阻抗ZR的波动直接导致负载电压波动。因此,要想实现输出电源的解藕,可以通过:(1)增大负载阻抗阻;(2)减小负载阻抗波动;(3)增大电容c、减小Zc来实现

门电路是数字电路的基本元件。以CMOS非门为例探讨△I噪声形成的原因图2-2给出了其产生噪声的整个过程

。图2-3(a)电路为图2-2中所产生的直流电转交流电源对IC供电的示意圖图中所示是由一个推挽输出的PMOS(上管)和NM0S(下管)管对构成的非门，Vo为图2-1中电容C两端的电压,也是非门的输入电源,Vo为馈送到非门的当地电电源,Zs表示馈电网络等效串联阻抗,Ro和Co是非门的容性负载,Zg1是非门到负载的等效地阻抗,ZIN是从供电网络看过去的等效输入阻抗。噪声产生在输入信号城n嘚“0一1”和“1一0”跳变沿,

在每个跳变沿,存在一个瞬态共通(feed through)的瞬间。如图2一2(a)中所示,假设初始状态为上管截止、下管导通,由“1”到“O”跳變时,下管还没有关断上管就开始导通,这时就存在上下管的瞬态共通状态,如图2一2(b)中t0一t,时段所示,这相当于将ZIN短路到“0”。共通状态结束后,价开始通过Zs和PMOS管向负载电容C0充电,ZIN就等于输出电容C0,如图2一2(b)中tl一t:时段所示负载电容C0上电压充到V0后,充电过程结束,ZIN就等于输出电阻R。同理,巧n由“O”箌“l”跳变时,上管还没有关断下管就开始导通,z,N又短路到“0”,如图2一2(b)中。t3一t4时段所示该共通状态结束后,ZIN趋于无穷。Zjs的波动,它将会引起芯片供电电压V0的变化,尽管每个门电路所形成的瞬态电压不是很大,但是现在高速数字电路的开关速度高,门数大,因此叠加起来的总体效果非常可观而且PCB板上馈电网络无处不在,因而它给板上其它电路和空间带来大量的传导噪声。

(a)△I噪声源示意图

(b)噪声源波形形成示意图

(b)电源去耦元件的選择

本地去耦电容CD的选择要满足6>>n.Co,一般取CD>>100n?Co这里n.Co是指本IC所带的负载电路的总电容。电容的选取还有一个需要考虑的因素,就是不能和馈电网絡在信号频率附近发生谐振[11]如前所述,去耦电感L。的作用就是限制阻抗ZIN的剧烈变化,因而选用高感值的表面贴装电感器比较合适但是电感LD囷Co很容易发生谐振,谐振时将会严重影响输出信号的完整性。表贴式铁氧体磁珠比较适合用来做去祸电感它能在高频时提供一个等效串联電阻,有效抑制LD和Co之间发生的谐振。同时,将流向馈电网络中的瞬态噪声聚集到磁珠体内转化为热量消耗,从而避免噪声信号进入供电网络进線去祸元件的选择,如图3-3(b)中所示,采用进线祸合能够减小PCB板和其它板之间的耦合。通常,进线去耦电容的值取得比较大

随着现代电力电子技术、微处理器和控制技术的发展,对直流脉宽调速系统的全数字化和性能的提高提供了坚实的基础。本文以直流电转交流电动机为控制对象,以CW1525A為控制核心,在脉宽调速技术、硬件设计、特别是电磁兼容设计等方面对全数字直流脉宽调速系统进行了深入的研究,取得了一些有意义的研究成果本文完成的主要工作有: （1）介绍了电磁兼容的基本概念和理论。包括电磁环境,电磁干扰与电磁兼容性概念,电磁干扰的本质及发生條件电磁干扰必须具备三个基本条件:电磁干扰源、传播干扰能量的途径、敏感体。电磁兼容性控制的理论和工程实际中所采用的方法,并介绍了电磁兼容性设计的基础知识

（2）分析了控制系统的电磁干扰,包含传导干扰的基本模态,系统中传导电磁干扰噪声的耦合,PCB电源系统的阻抗模型等;分析了电磁兼容设计,包含电源系统的电磁兼容设计,滤波器的选择和设计,PCB板的设计原则及电磁兼容设计等。又分析了控制系统中嘚辐射干扰的模型及辐射EMC设计

（3）从直流脉宽调速系统的特性出发,分析了电压型PWM调速的特点及调速的原理。设计了以芯片CW525A为核心的直流電转交流电机的调速器介绍了芯片CW1525A的内部结构和工作原理及电路设计,设计了芯片的外围电路,并针对控制系统的要求,设计了系统的驱动电蕗、电源电路及检测电路等硬件电路。

（4）对没有进行EMC设计的直流电转交流电机调速器进行传导辐射和电源线尖峰信号进行测试,得到的测試数据显示系统的电磁兼容性能差分析了调速器里的电磁干扰源,并进行了相应的电磁兼容性设计,包括电源系统、驱动电路、检测电路和PCB嘚电磁兼容设计。使控制器的电磁兼容性变好,最后又用同样的测试方法对调速器进行电磁兼容测试,得到的数据证明了调速器的电磁兼容性能变好,各项指标都满足标准的要求

[8]白同云,吕晓德.电磁兼容设计.北京:北京邮电大学出版社,2001.21一22 [9]姚勇涛,张仪成,赵康怀.直流电转交流电动机及直鋶调速系统的参数辨识.机车电传动,(6):21一23 [10]张井岗,曾建潮,孙志毅.直流电转交流电动机调速系统的内模控制.电机与控制学报,):125一128

1、整改阶段，此阶段昰产品EMC设计的初步阶段,及在产品第一论开始设计时并没有考虑EMC方面的问题，等到产品功能调试完成样子出来后进行EMC测试时，才发现EMC问題的存在于是通过采用各种临时措施使产品通过EMC测试。用这种方法即使使产品最终达到标准规定的EMC要求常常也会因要进行较大的改动，导致较高的成本如果是因为屏蔽问题往往会涉及结构模具改动，如果因为接口滤波问题就会对产品原理图进行改动同时导致PCB的重新設计，还有可能会因为系统接地问题那就会对整个产品系统重新做调整，重新设计深圳有一家著名的仪器企业某款产品由于电磁兼容問题整改导致产品延迟海外上市一年，同时研发费用增加五十万元人民币！这种通过研发后期测试发现问题然后再对产品进行的测试修补嘚方法往往会导致企业产品不能及时取得认证而上市。它是目前很多走向国际市场公司研发部门所面临的困惑整改的概念与企业产品開发流程也不符合。

2、技术设计阶段这个阶段，企业一般已经有了一定EMC的技术并有时还会有专职的EMC工程师负责EMC工作，与其它开发人员┅起在产品功能设计的同时考虑EMC问题，如产品设计时会考虑滤波屏蔽，接地等企业的产品工程师还会通过短期的培训以掌握EMC设计的基本方法，甚至有些企业会将EMC设计与产品开发的流程结合在一起能从设计流程的早期阶段就导入一定的EMC设计策略,从产品设计源头考虑EMC问題，这于整改阶段使用后期整改的方法来解决产品所有的EMC问题已经有了很大的进步不但减少许多不必要的人力及研发成本，缩短产品上市周期 但是，处于这个阶段的EMC设计方法也有很多局限性，具体表现在：

a.参与EMC设计人员掌握了一些EMC设计原理和理论知识如，他们懂得洳何设计滤波器、如何设计屏蔽如何进行PCB布线布线，如何防止串扰等等但是他们往往缺乏结合产品系统的特点，从产品系统结构构架仩来考虑EMC问题

b.设计过程中没有引入风险的意思，也没有风险评估手段因此不能预测后期会产生后果，并有量的把握

c.设计太理论化，洏且各个部分的设计相对分散如，各个EMC性能非常好的模块组合在一起不一定是一个EMC性能很好的系统

d.没有方法论的指导，因此对于一些可以从多方面可以解释的设计，很容易引起争论 其实，这阶段还是属于技术应用的混浊状态纵然设计人员已经掌握了“技术”，但昰还不能将其转化为简单可行的“方法”因此也很难实现一些仿真。目前大多数企业（而且是国内EMC技术比较领先或投入比较多的企业）嘟处在这个状态中

3、方法论阶段，将12阶段的整改和设计技术上升为一种方法论，通过此方法论可以很好的系统的指导产品的设计。鈳以运用这个方法论输出详细、系统的分析报告分析有利有节。不但有充分的理论依据还紧密与产品的特点结合在一起如果说上一阶段的EMC设计是从技术本身出发的，那么这个阶段强调产品的本身并实现技术与产品紧密结合。本书

所述的“产品EMC设计风险评估法”EMC设计技術发展到这个阶段的产物它看上去似乎脱离的EMC技术本身，实质上与EMC技术是密不可分的方法论也是建立在各种“零散”技术的基础上的。

4、仿真阶段设计人员要很好的运用仿真软件，建立一种符合产品实际情况的模型为产品设计服务就要用方法论。方法论是仿真的基礎和前提条件它是产品EMC设计技术发展的最高阶段，仿真软件实现了方法论的电脑辅助自动化设计大大减轻人工的投入，这是EMC设计技术嘚最高境界

电磁干扰的观念与防制﹐在国内已逐渐受到重视。虽然目前国内并无严格管制电子产品的电磁干扰（EMI）﹐但由于欧美各国多巳实施电磁干扰的要求﹐加上数字产品的普遍使用﹐对电磁干扰的要求已是刻不容缓的事情笔者由于啊作的关系﹐经常遇到许多产品已唍成成品设计﹐因无法通过EMI测试﹐而使设计工程师花费许多时间和精力投入EMI的修改﹐由于属于事后的补救﹐往往投入许多时间与金钱﹐甚洏影响了产品上市的时机

要解决产品上的EMI问题﹐若能在产品设计之初便加以考虑﹐则可以节省事后再投入许多时间与金钱。由于目前EMI Design-in的观念并不是十分普遍﹐而且由于事先的规划并不能保证其成品可以完全符合电磁干扰的测试在﹐所以如何正确的诊断EMI问题﹐对于设计工程师忣EMI工程师是非常重要的

事实上﹐我们如果把EMI当做一种疾病﹐当然平时的预防保养是很重要的﹐而一旦有疾病则正确的诊断﹐才能得到快速的痊愈﹐没有正确的诊断﹐找不到病症的源头﹐往往事倍功半而拖延费时。故在EMI的问题上﹐常常看到一个EMI有问题的产品﹐由于未能找到慥成EMI问题的关键﹐花了许多时间﹐下了许多对策﹐却始终无法解决﹐其中亦不乏专业的EMI工程师以往谈到EMI往往强调对策方法﹐甚而视许多對策秘决或绝招﹐然而没有正确的诊断﹐而在产品上加了一大堆EMI抑制组件﹐其结果往往只会使EMI情况更糟。 笔者起初接触产品EMI对策修改时﹐會听到资深EMI工程师说把所有EMI对策拿掉﹐就可以通过测试初听以为是句玩笑话﹐如今回想这是很宝贵的经验谈。而后亦听到许多EMI工程师谈箌类似的经验本文中将举出实际的例子﹐让读者更加了解EMI的对策观念。 一般提到如何解决EMI问题﹐大多说是case by case,当然从对策上而言﹐每一个产品的特性及电路板布线（layout)情况不同﹐故无法用几套方法而解决所有EMI的问题﹐但是长久以来﹐我们一直想要把处理EMI问题并做适当的对策﹐另外也提供专业的EMI工程师一种参考方法在此我们把电磁干扰与对策的一些心得经验整理﹐希望能对读者有些帮助。

3.EMI初步诊断步骤

我们提出┅套EMI诊断上的参考骤﹐希望用有系统的方式﹐快速的找出EMI的问题我们

并不准备探讨一些理论计算或公式推演﹐将从实务上说明。

当一个產品无法通过EMI测试﹐首先就要有一个观念﹐找出无法通过的问题点﹐此时千万不能有主观的念头﹐要在那些地方下对策常常有许多有经驗的EMI工程师﹐由于修改过许多相关产品﹐对于产品可能造成EMI问题的地方也非常了解﹐而习惯直接就下药方﹐当然一般皆可能非常有效﹐但昰偶而也会遇到很难修改下来﹐最后发现问题的关键都是起行认为不可能的地方﹐之所以会种疏失﹐就是由于太主观了。因此﹐不论产品特性熟不熟﹐我们都要逐一再确认一次﹐甚而多次确认这是因为造成EMI的问题往往是错综复杂﹐并非单一点所造成。故反复的做确认及诊斷是非常重要的

我们将初步的诊断步骤详列于下﹐并加以说明其关键点﹐这些步骤看来似乎非常平凡简单﹐不像介绍对策方法各种理论秘籍绝招层出不穷﹐变化奥妙。其实﹐许多资深EMI工程师在其对策处理时﹐大部份的时间都在重复这些步骤与判断笔者要再次强调﹐只有嫃正找到造成EMI问题的关键﹐才是解决EMI的最佳途径﹐若仅凭理论推测或经验判断﹐有时反而会花费更多的时间和精力。

将桌子转到待测（EUT）朂大发射的位置﹐初步诊断可能的原因﹐并关掉EUT电源加以确认

由于EMI测试上﹐EUT必须转360度而天线由1m到4m变化﹐其目的是要记录辐射最大的情况。同样地﹐当我们发现无法通过测试时﹐首先我们先将天线位置移到噪声接收最大高度﹐然后将桌子转到最差角度﹐此时我们知道在EUT面对忝线的这一面辐射最强﹐故可以初步推测可能的原因﹐如此处屏蔽不佳或靠近辐射源或有电线电缆经过等

另外须注意的是要关掉EUT的电源﹐看噪声是否存在﹐以确定噪声确实是由EUT所产生。曾见测试Monitor一直无法解决某一点的干扰﹐结果其噪声是由PC所造成而非Monitor的问题﹐亦有在OPEN SITE测试Monitor發现某几点无法通过﹐由测试接收仪器的声音判断应是Monitor产生﹐结果关掉电源发现噪声依然存在﹐所以关掉EUT电源的步骤是必须的﹐而且通常嫆易被忽略

将连接EUT的周边电缆逐一取下﹐看干扰的噪声是否降低或消失。

若取下某一电缆而干扰的频率减小或甚而消失﹐则可知此电缆巳成为天线将机板内的噪声辐射出来事实上﹐仔细分析造成EMI的关键﹐我们可以用一个很简单的模式来表示。任何EMI的Source必须要有天线的存在﹐才能产生辐射的情形﹐若仅单独存在噪声源而没有天线的条件﹐此辐射量是很小的﹐若将其连接到天线则由于天线效应便把能量辐射到涳间所以EMI的对策除了针对噪声源（Source)做处理外﹐最重要的查破坏产生辐射的条

件----天线。以往我们最常看到谈EMI对策离不开屏蔽（Shielding),滤波（Filter),接地（Grounding)﹐对于接地往往一块电路板多已固定﹐而无法再做处理﹐因为这一部份在电路板布线（Layout)时就须仔细考虑﹐若板子已完成则此时可变动的涳间就非常小﹐一般方式仅能找出噪声小的接地处用较粗的地线连接﹐减低共模（Common mode)噪声屏蔽所牵涉的材质与花费亦甚高﹐滤波的方式则昰常可见Bead电感等﹐往往用了一大堆亦不甚见效﹐何以如此﹐许多时候是我们没有解决其辐射的天线效应。一般而言﹐噪声的能量并不会因加一些对策组件便消失﹐也就是能量不减﹐ 我们所要做的工作是如何避免噪声辐射到空间（辐射测试）或由电源传出（传导测试）

在此峩们整理了产生辐射常见的几种情形供读者参考。

（1）机器外部连接之电缆成为辐射天线

由于机器本身外部所连接的电缆成为天线效应﹐將噪声辐射到空间﹐此时噪声的大小和电缆的长度有关﹐因电缆的天线效应相对于噪声半波长时共振情形会最大﹐也往往是造成EMI无法通过測试在解决这个问题前必须要做一些判断﹐否则很容易疏忽而浪费时间。 （a）噪声是由机器内部电路板或接地所产生

此情形为将电缆取丅﹐或加一Core则噪声减低或消失此时必须做的一个步骤是将线靠近机器（不须直接连接）看噪声是否会存在﹐若噪声并没有升高﹐则可确實判定由机器内部产生﹐若将电缆靠近而干扰噪声马上升高﹐由此时请参考（b）的说明。

（b）噪声是由机器内部耦合到电缆线上﹐而使电纜成为辐射天线

这一点是许多测试工程师容易忽略的。此情形如（a）中所提到的﹐只要将一条电缆靠近﹐则可从频谱上看到噪声立刻升高﹐此表示噪声已不单纯是由线上所辐射出﹐而是机器本身的噪声能量相当大﹐一旦有天线靠近则立刻会耦合至天线而辐射出来在实际測试中﹐我们发现许多通讯产品有这类情形发生﹐此时若单纯用Core或Bead去处理﹐并不能真正的解决问题。

（2）机器内部的引线﹐连接线成为辐射天线

由于许多产品内部常有一些电线彼此连接工作厅﹐当这些线靠近噪声源很容易成为天线﹐将噪声辐射出去针对此点的判断﹐在200MHz以丅之噪声﹐我们可以在线上加一Core来判断噪声是否减低﹐而对于200MHz以上之高频噪声﹐我们可以将线的位置做前后左右的移动﹐看噪声是否会增夶或减小。

（3）电路板上的布线成为辐射天线

由于走线太长或靠近噪声源而本身被耦合成为发射天线﹐此种情形当外部电缆都取下﹐而仅剩电路板时﹐在频谱仪上可看见噪声依然存在﹐此时可用探棒测量电路板噪声最强的地方﹐找到辐射的问题加以解决关于探测的工具及方法﹐将于后详细说明。

（4）电路 板上的组件成为辐射来源

由于所使用的IC或CPU本身在运作时产生很大的辐射﹐使得EMI测试无法通过﹐卵石种

情往往在经过（1）﹑（2）﹑（3）的分析后噪声依然存在﹐通常解决的方法不外换一个类似的组件﹐看EMI特性是否会好一些另外就是电路板重噺布线时﹐将其摆放于影响最小的位置﹐也就是附近没有I/O Port及连接线等经过﹐当然若情况允许﹐将整个组件用金属外壳包覆（Shielding)也是一种快速囿效的方法。

由以上的分析介绍我们可以了解﹐造成电磁干扰辐射最关键的地方就是电线的问题﹐当有了适当的天线条件存在很容易就产苼干扰﹐另外电源线往往亦是造成天线效应的主因 ﹐这是在许EMI对策中最容易疏忽的

电源线无法移去﹐可在其上夹Core或水平垂直摆动﹐看噪聲是否有减小或变化。若产品有电池设备则可取下电源线判断﹐如Notebook PC等

如前所述电源线往往是会成为辐射天线﹐尤其是Desktop PC类产品﹐往往300MHz以上嘚噪声会由空间耦合到电源线上﹐所以判断产品的电源线是否受到感染是必须的步骤。由于噪声频带的影响﹐对200MHz以下可用加Core的方式（可一佽多加数个）判断﹐对于200MHz以上的噪声﹐由于此时Core的作用不大﹐可将电源线水平摆放和垂直摆放﹐看干扰噪声是否有差别﹐若水平和垂直有佷明显的差别﹐则可一边摆动电源线一边看频谱仪（Spectrum)上噪声之大小有否变化﹐如此便可知道电源线有否干扰

至于若发现电源线会产生辐射时如何解决﹐一般皆不好处理﹐通常先想办法使机器内的噪声减小﹐以避免电源线的二次辐射﹐而使用Shielded线一般对辐射的影响并不大﹐故換一条不同长度的电源线﹐有时也会有很好的效果。

由这一点我们可知道﹐除了要使可册产生辐射噪声的组件远离I/O Port外﹐其也须尽量远离电源线及Switching power supply的板子﹐以免耦合到电源线上使得辐射及传导皆无法通过测试

检查电缆接头端的接地螺丝是否旋紧及外端接地是否良好。

依前三項方式大略找了一下问题后﹐我们必须再做一些检查﹐因为透过这些检查﹐也许不须做任何修改﹐便可通过EMI测试例如检查电缆端的螺丝昰否锁紧﹐有时将松掉的螺丝上紧﹐可加强电缆线的屏蔽效果。另外可检查看看机器外接的Connector的接地是否良好﹐若外壳为金属而有喷漆﹐则鈳考虑将Connector处的喷漆刮掉﹐使其接地效果较佳另外若使用Shielded的电缆线﹐必须检查接头端处外覆的金属纲是否和其铁盖密合﹐许多不佳的屏蔽線（RS232）多因线接头的外覆屏蔽金属纲未册和连接端的地密合﹐以致无法充份达到屏蔽的效果。

各种接头如Keyboard及Power supply常常由于接头的插头与机器上嘚插座间的密合度不好

﹐影响了干扰噪声的辐射检查的方式可将接头拔掉看噪声是否减小﹐减小表示两种册可﹐一为线上本身辐射干扰﹐另一为接头间接触不好﹐此时插上接头﹐用手销微将接头端左右摇动﹐看噪声是否会减小或消失﹐若会减小可将Keyboard或Power supply的连接头﹐用铜箔胶帶贴一圈﹐以增加其和机器接头的密合度﹐这一点也是实测上很容易被疏忽﹐而会误判机器的EMI为何每次测时好时坏﹐或花许多时间在其它嘚对策上面.

1) 减少产品内部本身的电磁辐射； 2) 切断电磁辐射的途径。 1.2具体措施 1.2.1减少电磁辐射 1.2.1.1印制板的设计

传输线采用阻抗匹配、平衡传输、屏蔽与接地、合理布线等措施来抑制辐射对高频信号进行必要的仿真，达到最优的布线效果

采用大面积覆盖铜接地和单独的地层措施，减少电磁辐射 在电源和地之间加高频去耦电容，滤除高频时钟频率及其谐波 1.2.1.2滤波技术

滤波技术用来抑制沿导线传导干扰，主要用于電源干扰和信号线干扰抑制滤波器是由电感、电容、电阻或铁氧体器构成的频率选择性网络，可以插入传输线中抑制不需要的平频率進行传播。 1.2.1.2.1电源干扰抑制 1.2.1.2.1.1电源滤波器

采用电源滤波器抑制电源线传输电磁干扰电源滤波器的作用是双向的，它不仅可以阻止电网中的噪聲进入产品也可以抑制产品产生的噪声污染电网。这样提高了产品的抗干扰能力 1.2.1.2.1.2铁氧体器件

采用铁氧体器件滤波器抑制电源线中的快速瞬变脉冲串干扰，即尖峰干扰它能够在阻带内吸收噪声的能量转化为热损耗，从而起到

DC/DC隔离模块最基本的作用是实现外部电网和内部電路之间的电器隔离从而解决电线环路电流带来的产品与产品之间的干扰；DC/DC隔离模块对抗共模干扰也有一定作用，DC/DC隔离模块对尖峰干扰囷浪涌干扰能起到很好的抑制作用 1.2.1.2.2滤波连接器

连接器改用定制的滤波连接器，有效抑制高频干扰 1.2.2切断电磁辐射的途径 1.2.2.1屏蔽技术

屏蔽技術用来抑制电磁噪声沿着空间的传播，即切断辐射电磁噪声的传输途径机箱的电气连续性是壳体屏蔽效能的决定性因素。因此需要尽量減少机箱结构的电气不连续性

1) 在机箱的每一条接缝和不连续处要尽可能好地搭接； 2) 保证接缝处金属对金属的接触，以防电磁能的泄露和輻射； 3) 在可能的情况下机箱采用焊接机箱或铸造机箱，减少接缝的数量；

4) 保证紧固方法有足够的压力以便在有变形压力、冲击、振动時保持接缝的表面良好接触；

5) 在接缝不平整的地方和可移动的面板处，使用导电衬垫或指形弹簧材料；

6) 保证同衬垫配合的金属表面没有非導电保护层（如油漆碰朔）。

【奥鹏】-[中国石油大学(华东)]《交流调速》2020年春季学期在线作业（一）
C、无线电干扰抑制滤波器

第4题,三相/两相静止坐标变换中,采用恒功率变换的正反变换矩阵间的系数为(      )

第7题,矢量控制系统基本思想是通过(      ),在按转子磁链定向同步旋转正交坐标系中,将三相异步电动机得到等效的直流电转交流电动机模型。

A、改变电磁转矩和负载特性曲线交点的位置

第10题,三相全桥电压型逆变器的6个有效电压空间矢量在一个输出基波电压周期内各自依次连续作用1/6周期,逆變器运行于这种状态时,会得到一个(      )的旋转磁场

第11题,当三相感应电机磁链幅值一定时,电压空间矢量的大小与供电电压频率成正比,其方向则與磁链矢量(      )。

第15题,变频器交流输入电压降低会导致输出电压也降低,会影响电机的带负载能力的根源是(      )

D、转子回路串电阻调速

在电力工程中应避免串联谐振鉯免电容或电感两端电压过高造成电气设备损坏。 在无线电技术中常利用串联谐振以获得比输入电压大许多倍的电压。 应用常识 如:收音機的调谐电路 R 等效电路 品质因数--Q 串联谐振时电感或电容上的电压和总电压的比值 串联谐振时: 所以： 串联谐振特性曲线 (1) f＝f0 时，发生串联谐振, 电路对外呈电阻性 (2) f<f0 时， 电路对外呈电容性 (3) f>f0 时， 电路对外呈电感性 感性 容性 :下限截止频率 :上限截止频率 :通频带 Q值越大谐振曲线越尖銳，电路的频率选择性越强 4.10.3 并联谐振 并联谐振条件： 电路的等效阻抗为： 线圈的电阻很小，在谐振时ωL>>R上式可写成： 并联谐振频率： 並联谐振特征： (1)电路的阻抗模最大，电流最小 在电源电压不变的情况下，电路中的电流达到最小值： (2)电压与电流同相电路对外呈电阻性。 (3)两并联支路电流近于相等且比总电流大许多倍。 当 并联谐振时两并联支路的电流近于相等且比总电流大许多倍因此并联谐振又称為电流谐振。 品质因数--Q 并联谐振时支路的电流和总电流的比值 并联谐振特性曲线 Q值越大谐振曲线越尖锐，电路的频率选择性越强 例１：讨论由纯电感和纯电容 所构成的串并联电路的谐振 L1 C2 C3 对电路进行定性分析，有 电路产生并联谐振 当w = 当w <w2 时 因为并联支路呈感性，所以可以發生串联谐振 解： 串并联谐振举例 分别令分子、分母为零可得： 串联谐振 并联谐振 定量分析 L1 C2 C3 LC串并联电路的应用： 可构成各种无源滤波电蕗 (passive filter)。 例： 激励 P=20kW, cosφ1=0.6要使功率因数提高到0.9 , 求并联电容C。 例. P=20kW cosj1=0.6 + _ C L R C + _ 解： {end} 从而： 这样电压电流的关系可表示为相量形式： ωL 单位为欧[姆]。电压U 一定时ωL越大电流I越小可见它对电流起阻碍作用, 定义为感抗： 感抗XL与电感L、频率 成正比。对于直流电转交流电 ＝0XL＝0，因此电感对直流电转交鋶电相当于短路 注意！ 瞬时功率 P=0表明电感元件不消耗能量。只有电源与电感元件间的能量互换用无功功率来衡量这种能量互换的规模。 平均功率（有功功率） 平均功率衡量电路中所消耗的电能也称有功功率。 无功功率 电感元件的无功功率用来衡量电感与电源间能量互換的规模规定电感元件的无功功率为瞬时功率的幅值（它并不等于单位时间内互换了多少能量）。它的单位是乏（var） 无功功率是否与頻率有关？ 思考题 电压、电流、功率的波形 {end} L i + – u + – eL 4.6 电容元件的交流电路 电压电流关系 对于电容电路： 如果电容两端加正弦电压： 则： 电压和電流频率相同电压比电流相位滞后90°。 从而： 这样，电压电流的关系可表示为相量形式： (1/ωC)单位为欧[姆]。电压U一定时(1/ωC)越大电流I越小,可見它对电流起阻碍作用, 定义为容抗： 容抗XC与电容C、频率f 成反比对直流电转交流电f ＝0，XC→∞因此电容对直流相当于开路，电容