中心議題：

• 電磁兼容概念介紹
• 通過舉例對開關電源的電磁兼容設計，介紹了一般電子產品中電磁幹擾的解決方法

解決方案：

• 開關電源電路和數字電路中的時鍾電路是目前電子產品中最主要的電磁幹擾源
• 解決整流電路中出現脈衝尖峰電流過大的方法是在整流電路中串聯一個PFC
• 用差模濾波電感器可以有效地抑製脈衝電流的峰值，從而降低電流諧波幹擾，但不能提高功率因素

正文：
一個好的電子產品
，除了產品自身的功能以外，電路設計（ECD）和電磁兼容設計（EMCD）的技術水平，對產品的質量和技術性能指標起到非常關鍵的作用。

現代的電子產品

，功能越來越強大，電子線路也越來越複雜
，以前在電子線路設計中很少出現的電磁幹擾（EMI）和電磁兼容性（EMC）問題

，現在反而變成了主要問題，電路設計對設計師的技術水平要求也越來越高。CAD（計算機輔助設計）在電子線路設計方麵的應用
，很大程度地拓寬了電路設計師的工作能力，但電磁兼容設計，盡管目前采用了世界上最先進的CAD技術，還是很難幫得上忙。

電磁兼容設計實際上就是針對電子產品中產生的電磁幹擾（Electromagnetic Interference）進行優化設計，使之能成為符合各國或地區電磁兼容性EMC（Electromagnetic Compatibility）標準的產品。EMC 的定義是：在同一電磁環境中，設備能夠不因為其它設備的幹擾影響正常工作，同時也不對其它設備產生影響工作的幹擾。

電磁幹擾（Electromagnetic Interference）一般都分為兩種，傳導幹擾和輻射幹擾。傳導幹擾是指通過導電介質把一個電網絡上的信號耦合（幹擾）到另一個電網絡。輻射幹擾是指幹擾源通過空間把其信號耦合（幹擾）到另一個電網絡。因此對EMC 問題的研究就是對幹擾源

、耦合途徑

、敏感設備三者之間關係的研究。

自從電子係統降噪技術在70 年代中期出現以來
，主要由於美國聯邦通訊委員會在1990 年和歐盟在1992 提ti出chu了le對dui商shang業ye數shu碼ma產chan品pin的de有you關guan規gui章zhang，這zhe些xie規gui章zhang要yao求qiu各ge個ge公gong司si確que保bao它ta們men的de產chan品pin符fu合he嚴yan格ge的de磁ci化hua係xi數shu和he發fa射she準zhun則ze。符fu合he這zhe些xie規gui章zhang的de產chan品pin稱cheng為wei具ju有you電dian磁ci兼jian容rong性xingEMC（Electromagnetic Compatibility）。目前全球各地區基本都設置了EMC 相應的市場準入認證，用以保護本地區的電磁環境和本土產品的競爭優勢。如：北美的FCC、NEBC認證、歐盟的CE 認證、日本的VCCEI認證、澳洲的C-tick 人證、台灣地區的BSMI認證、中國的3C 認證等都是進入這些市場的“通行證”。

很hen多duo人ren從cong事shi電dian子zi線xian路lu設she計ji的de時shi候hou，都dou是shi從cong認ren識shi電dian子zi元yuan器qi件jian開kai始shi，但dan從cong事shi電dian磁ci兼jian容rong設she計ji的de時shi候hou卻que無wu從cong下xia手shou。實shi際ji上shang從cong事shi電dian磁ci兼jian容rong設she計ji是shi從cong電dian磁ci場chang理li論lun開kai始shi
，即ji從cong電dian磁ci感gan應ying認ren識shi開kai始shi。

電磁感應與電磁幹擾
一般電子線路都是由電阻器、電容器、電感器、變壓器

、有(you)源(yuan)器(qi)件(jian)和(he)導(dao)線(xian)組(zu)成(cheng)，當(dang)電(dian)路(lu)中(zhong)有(you)電(dian)壓(ya)存(cun)在(zai)的(de)時(shi)候(hou)
，在(zai)所(suo)有(you)帶(dai)電(dian)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)周(zhou)圍(wei)都(dou)會(hui)產(chan)生(sheng)電(dian)場(chang)，當(dang)電(dian)路(lu)中(zhong)有(you)電(dian)流(liu)流(liu)過(guo)的(de)時(shi)候(hou)，在(zai)所(suo)有(you)載(zai)流(liu)體(ti)的(de)周(zhou)圍(wei)都(dou)存(cun)在(zai)磁(ci)場(chang)。

電(dian)容(rong)器(qi)是(shi)電(dian)場(chang)最(zui)集(ji)中(zhong)的(de)元(yuan)件(jian)，流(liu)過(guo)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)電(dian)流(liu)是(shi)位(wei)移(yi)電(dian)流(liu)，這(zhe)個(ge)位(wei)移(yi)電(dian)流(liu)是(shi)由(you)於(yu)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)兩(liang)個(ge)極(ji)板(ban)帶(dai)電(dian)，並(bing)在(zai)兩(liang)個(ge)極(ji)板(ban)之(zhi)間(jian)產(chan)生(sheng)電(dian)場(chang)，通(tong)過(guo)電(dian)場(chang)感(gan)應(ying)
，兩(liang)個(ge)極(ji)板(ban)會(hui)產(chan)生(sheng)充(chong)放(fang)電(dian)
，形(xing)成(cheng)位(wei)移(yi)電(dian)流(liu)。實(shi)際(ji)上(shang)電(dian)容(rong)器(qi)回(hui)路(lu)中(zhong)的(de)電(dian)流(liu)並(bing)沒(mei)有(you)真(zhen)正(zheng)流(liu)過(guo)電(dian)容(rong)器(qi)，而(er)隻(zhi)是(shi)對(dui)電(dian)容(rong)器(qi)進(jin)行(xing)充(chong)放(fang)電(dian)。當(dang)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)兩(liang)個(ge)極(ji)板(ban)張(zhang)開(kai)時(shi)
，我(wo)們(men)就(jiu)可(ke)以(yi)把(ba)兩(liang)個(ge)極(ji)板(ban)看(kan)成(cheng)是(shi)一(yi)組(zu)電(dian)場(chang)輻(fu)射(she)天(tian)線(xian)，此(ci)時(shi)在(zai)兩(liang)個(ge)極(ji)板(ban)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)路(lu)都(dou)會(hui)對(dui)極(ji)板(ban)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)場(chang)產(chan)生(sheng)感(gan)應(ying)。在(zai)兩(liang)極(ji)板(ban)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)路(lu)不(bu)管(guan)是(shi)閉(bi)合(he)回(hui)路(lu)
，或(huo)者(zhe)是(shi)開(kai)路(lu)

，在(zai)與(yu)電(dian)場(chang)方(fang)向(xiang)一(yi)致(zhi)的(de)導(dao)體(ti)中(zhong)都(dou)會(hui)產(chan)生(sheng)位(wei)移(yi)電(dian)流(liu)（當電場的方向不斷改變時），即電流一會兒向前跑，一會兒向後跑。

dianchangqiangdudedingyishidianweitidu，jiliangdianzhijiandedianweichayujulizhibi。yigenshumichangdedaoxian
，dangqiliuguoshuanpeidedianliushi，qiliangduandianyazuiduoyezhiyoulingdianjifu，jijishihaofu/米的電場強度，就可以在導體內產生數安培的電流，可見電場作用效力之大
，其幹擾能力之強。

電dian感gan器qi和he變bian壓ya器qi是shi磁ci場chang最zui集ji中zhong的de元yuan件jian


，流liu過guo變bian壓ya器qi次ci級ji線xian圈quan的de電dian流liu是shi感gan應ying電dian流liu，這zhe個ge感gan應ying電dian流liu是shi因yin為wei變bian壓ya器qi初chu級ji線xian圈quan中zhong有you電dian流liu流liu過guo時shi，產chan生sheng磁ci感gan應ying而er產chan生sheng的de。在zai電dian感gan器qi和he變bian壓ya器qi周zhou邊bian的de電dian路lu，都dou可ke看kan成cheng是shi一yi個ge“變壓器”的感應線圈，當電感器和變壓器漏感產生的磁力線穿過某個電路時
，此電路作為“變壓器”的“次級線圈”就會產生感應電流。兩個相鄰回路的電路
，也同樣可以把其中的一個回路看成是“變壓器”的“初級線圈”，而另一個回路可以看成是“變壓器”的“次級線圈”
，因此兩個相鄰回路同樣產生電磁感應
，即互相產生幹擾。

在電子線路中隻要有電場或磁場存在，就會產生電磁幹擾（Electromagnetic Interference），兩者是相輔相成的
，因為電場會產生位移電流，電流又會產生磁場。在高速PCB及係統設計中，高頻信號線
、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射幹擾源，能發射電磁波並影響其他係統或本係統內其他子係統的正常工作。

電磁兼容設計
目前大多數電子產品都選用開關電源供電，以節省能源和提高工作效率
；同tong時shi越yue來lai越yue多duo的de產chan品pin也ye都dou含han有you數shu字zi電dian路lu
，以yi提ti供gong更geng多duo的de應ying用yong功gong能neng。開kai關guan電dian源yuan電dian路lu和he數shu字zi電dian路lu中zhong的de時shi鍾zhong電dian路lu是shi目mu前qian電dian子zi產chan品pin中zhong最zui主zhu要yao的de電dian磁ci幹gan擾rao源yuan，它ta們men是shi電dian磁ci兼jian容rong設she計ji的de主zhu要yao內nei容rong。下xia麵mian我wo們men以yi一yi個ge開kai關guan電dian源yuan的de電dian磁ci兼jian容rong設she計ji過guo程cheng來lai進jin行xing分fen析xi。



圖1 是一個普遍應用的反激式（或稱為回掃式）開關電源工作原理圖
，50Hz 或60Hz 交流電網電壓首先經整流堆整流

，並向儲能濾波電容器C5 充電，然後向變壓器T1與開關管V1組成的負載回路供電。圖2 是進行過電磁兼容設計後的電原理圖。

a.對電流諧波的抑製
一般電容器C5 的容量很大，其兩端電壓紋波很小，大約隻有輸入電壓的10%左右，而僅當輸入電壓Ui大於電容器C5 liangduandianyadeshihou，zhengliuerjiguancaidaotong，yincizaishurudianyadeyigezhouqinei
，zhengliuerjiguandedaotongshijianhenduan
，jidaotongjiaohenxiao。zheyangzhengliudianluzhongjiangchuxianmaichongjianfengdianliu，rutu3 所示。





zhezhongmaichongjianfengdianliuruyongfuliyejishuzhankai，jiangbeikanchengyoufeichangduodegaocixiebodianliuzucheng，zhexiexiebodianliujianghuijiangdidianyuanshebeideshiyongxiaolv
，jigonglvyinshuhendi，binghuidaoguandaodianwang，duidianwangchanshengwuran
，yanzhongshihaihuiyinqidianwangpinlvdebodong，jijiaoliudianyuanshanshuo。maichongdianliuxiebohejiaoliudianyuanshanshuoceshibiaozhunwei：IEC61000-3-2及IEC61000-3-3。一般測試脈衝電流諧波的上限是40 次諧波頻率。

解決整流電路中出現脈衝尖峰電流過大的方法是在整流電路中串聯一個PFC（Power Factor corrector）功率因素矯正電路，或差模濾波電感器。PFC 功率因素矯正電路一般為一個並聯式升壓開關電源
，其輸出電壓一般為DC400V，沒有經功率因素矯正之前的電源設備，其功率因數一般隻有0.4~0.6
，經功率因素矯正後功率因數最高可達到0.98。功gong率lv因yin素su矯jiao正zheng電dian路lu雖sui然ran可ke以yi完wan全quan解jie決jue整zheng流liu電dian路lu中zhong出chu現xian脈mai衝chong尖jian峰feng電dian流liu過guo大da的de問wen題ti，但dan又you會hui帶dai來lai新xin的de高gao頻pin幹gan擾rao問wen題ti，這zhe同tong樣yang也ye要yao進jin行xing嚴yan格ge的deEMC 電磁兼容設計。用差模濾波電感器可以有效地抑製脈衝電流的峰值，從而降低電流諧波幹擾，但不能提高功率因素。

圖2 中的L1 為wei差cha模mo濾lv波bo電dian感gan器qi，差cha模mo濾lv波bo電dian感gan器qi一yi般ban用yong矽xi鋼gang片pian材cai料liao製zhi作zuo
，以yi提ti高gao電dian感gan量liang
，為wei了le防fang止zhi大da電dian流liu流liu過guo差cha模mo濾lv波bo電dian感gan器qi時shi產chan生sheng磁ci飽bao和he，一yi般ban差cha模mo濾lv波bo電dian感gan器qi的de兩liang個ge組zu線xian圈quan都dou各ge自zi留liu有you一yi個ge漏lou感gan磁ci回hui路lu。

L1 差模濾波電感可根據試驗求得
，也可以根據下式進行計算：


式中E為輸入電壓Ui與電容器C5 兩端電壓的差值，即L1 兩端的電壓降，L為電感量
，dt/di 為電流上升率。顯然要求電流上升率越小
，則要求電感量就越大。