电磁兼容设计的一些基本知识解析

1 一个电磁兼容设计步骤清单？

记录一个看起来非常有道理的电磁兼容设计方法论。作者将电磁兼容的设计过程分成六个层次，从第一层开始，电磁兼容问题过于顽固，才启用后面的层次。最终，形成一个完整的设计，对照我们现在的流行词语，这相当于一个设计清单。

——有源器件的选型和印刷电路板设计

——地线设计

——屏蔽设计

——滤波设计

——瞬态骚扰的抑制

把“系统级电磁兼容设计、软件抗骚扰设计和仿真”运用到每一步，称为“电磁兼容分层与综合设计法”。

2 什么是差模干扰和共模干扰？

电流和电压在电路中传输的时候，有两种形态“差模”和“共模”。对于直流回路，传递电信号至少需要两根线，而回路以外，一定存在着系统的参考地。定义线与线之间传递的干扰信号，称为“差模干扰信号”，而线与地之间传递的干扰信号称为“共模信号”。差模干扰和共模干扰都可以以电流或者电压的形式表达。差模干扰在回路中传导时，两根线中的参数方向相反；共模干扰，在回路中传播时，两根线上的电气参数方向相同。也可以说，差模干扰180°相位差的共模干扰。

差模干扰的形成的两种方式，一个成因是空间磁场在回路中感应生成，另一个成因是回路中共模干扰，经不平衡电路传导转换形成。差模干扰，本质上是回路中出现了相位不同的另一股电流。避免差模干扰，可以在电路中使用双绞线、屏蔽线或者增加滤波电路。

共模干扰的形成原因，主要是系统对地的电位差，可能是接地不良，或者辐射的电磁干扰信号同方向叠加的结果又或者是上游电源传导过来形成的电压差。共模干扰，本质上是系统零点对地电压差不为零。因此，要想消除共模干扰，一方面改善接地系统，减小自身系统对地的压差；另一方面，在输入端设置滤波电路，滤掉传导来的共模干扰；加强屏蔽，避免外界干扰信号的辐射在电路中感应生成共模干扰。

在电动汽车上，主要的干扰源是电机控制器。共模干扰是电机控制器产生不良影响的主要方式。这一点已经被试验证明。共模干扰在电机控制器上是怎样产生的？

在PWM驱动的电机控制器功率模块中，共模干扰信号的产生主要是两个原因。一种是IGBT与散热器之间存在杂散电容，而共模电压被定义为逆变器回路的中性点对参考地的电位差。这个共模电压随着电路工作情况的不同在不停的波动，电压随着时间的变化率，作用于前面所说的等效电容形成电流1；在共模电压的传导过程中，电压在传播路径上产生电流2。电流1与电流2的和就是PWM逆变器产生的总体共模干扰电流。

3 电磁干扰传播的基本形式？

电磁干扰信号的传播，主要有两种形式：传导耦合和辐射耦合。

传导耦合，是信号沿着导体传播，无论差模干扰还是共模干扰，但传导过程中，干扰信号可能被加强或者削弱。差模干扰会跟着传播线路互感的增加而增大，共模干扰则随着传播线路互容的减小而减小；传导耦合的常见路径包括高低压电缆，信号通讯电缆，公共地，以及其他连接在干扰源和敏感源之间的可以导电的物体。

辐射耦合耦合，是干扰信号以电磁辐射的形式向四周空间传播，并在敏感源附近一电磁感应的方式还原到电路中，形成干扰信号。辐射的常见路径是天线，高低压导线，机壳等。干扰信号的辐射能力与频率有直接关系，频率越高，辐射能力越强。

4 电磁兼容领域的宽带和窄带指什么？

在电磁兼容领域里，宽带和窄带与通讯、互联网的定义都不太相关，它是干扰信号相对于检测仪器的一种对比关系。记录比较合适的一种说法“电磁兼容测量中所定义的宽带与窄带只是相对于标准检测的测量仪器的中频带宽而言，对9kHz-150kHz频率范围，中频带宽为200Hz；对150kHz-30MHz，中频带宽为9kHz；对30MHz-1000MHz，中频带宽为120kHz。若在某测量频段内干扰的带宽大于EMI接收机的中频带宽，则为宽带噪声，否则为窄带噪声”。

5 瞬态测试项目有哪些？

瞬态测试，模拟系统遇到极端情况考察系统可靠性的一类测试，更类似于环境测试，是通用的环境和通用的指标进而有通用的判据。而电气系统的发射和抗干扰能力测试，不同系统自身要求的参数有区别，并不能有统一可用的判据。

瞬态测试具体测试的项目包括电快速瞬变脉冲群，雷击浪涌，静电放电的直接和间接骚扰。

5.1 电快速瞬变脉冲群测试

电快速瞬变脉冲群测试，是模拟存在继电器的回路，继电器带载分断的过程中出现的情形。继电器触头打开的瞬间，距离较近，动静触头之间的电压击穿后形成电弧，之后的过程，一部分能量在触头与继电器线圈之间震荡，直至触头距离足够大，电路被完全断开为止。震荡的能量，在继电器以外的回路中生成了脉冲电压，作用在电路其他器件上，一旦有哪些电气不能承受这样的冲击，造成损坏，则回路无法正常工作。

电快速瞬变脉冲群测试有明确的参数规定，脉冲持续时间，整个波形周期，脉冲最大值，以及整体测试时间。

5.2 雷击浪涌测试

雷击浪涌测试，模拟电气系统处于雷电环境下，对系统防雷能力的考察。雷电的产生分为直击雷和感应雷。直击雷是带电云块与另外的云块或者大地或者建筑物之间直接发生的放电现象。感应雷，是雷电发生的时候，感应生成强大的静电场和磁场，找到地面上一个适当的金属导体放电，使得导体相关的回路中突然产生尖峰电流。直击雷破坏性较大，但发生概率较小；感应雷是生活中最常出现的危害现象。

浪涌测试，根据实验等级不同选择不同的最高尖峰电压，从0.5KV至4KV划分四个等级，最后预留一个自选等级。系统想要经受这样的冲击，必须回路中设计有专门的防浪涌装置。

5.3 静电放电骚扰测试

静电放电骚扰测试，是模拟日常生活中出现的静电现象，检测系统的承受能力。静电是一种电压极高，持续时间极短，总能量并不大的放电现象。可能造成回路中的绝缘击穿。

静电骚扰测试分成直接放电和非接触放电两种，每种测试都划分5个等级，四个规定等级和一个自选参数等级。

6 瞬态测试的抗扰度判据？

瞬态测试有通用测试结果判定准则，准则将产品测试结果的评定分成四个级别，原文照搬如下。

A级，产品工作完全正常；

B级，产品功能或指标出现非期望偏离，但当电磁骚扰去除后，可自行恢复；

C级，产品功能或指标出现非期望偏离，电磁骚扰去除后，不能自行恢复，必须依靠操作人员的介入，方可恢复。但不包括硬件维修和软件重装；

D级，产品元器件损坏，数据丢失，软件故障等。

A、B合格，C、D不合格。
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