認證檢測中常見(jiàn)的電磁兼容問(wèn)題與對策(一）
作者： 日期：2016-01-22 瀏覽次數：1266次 來(lái)源：
1．概述
1.1 什么時(shí)候需要電磁兼容整改及對策
對一個(gè)電子、電氣產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，在設計階段就應該考慮其電磁兼容性，這樣可以將產(chǎn)品在生產(chǎn)階段出現電磁兼容問(wèn)題的可能性減少到一個(gè)較低的程度。但其是否滿(mǎn)足要求，最終要通過(guò)電磁兼容測試檢驗其電磁兼容標準的符合性。
由于電磁兼容的復雜性，即使對一個(gè)電磁兼容設計問(wèn)題考慮得比較周全得產(chǎn)品，在設計制造過(guò)程中，難免出現一些電磁干擾的因素，造成最終電磁兼容測試不合格。在電磁兼容測試中，這種情況還是比較常見(jiàn)的。
當然，對產(chǎn)品定型前的電磁兼容測試不合格的問(wèn)題，我們完全可以遵循正常的電磁兼容設計思路，按照電磁兼容設計規范法和系統法，針對產(chǎn)品存在的電磁兼容問(wèn)題重新進(jìn)行設計。從源頭上解決存在的電磁兼容隱患。這屬于電磁兼容設計范疇。
而目前國內電子、電氣產(chǎn)品比較普遍存在的情況是：產(chǎn)品在進(jìn)行電磁兼容型式試驗時(shí)，產(chǎn)品設計已經(jīng)定型，產(chǎn)品外殼已經(jīng)開(kāi)模，PCB 板已經(jīng)設計生產(chǎn)，部件板卡已經(jīng)加工，甚至產(chǎn)品已經(jīng)生產(chǎn)出來(lái)等著(zhù)出貨放行。
對此類(lèi)產(chǎn)品存在的電磁兼容問(wèn)題，只能采取“出現什么問(wèn)題，解決什么問(wèn)題”的問(wèn)題解決法，以對產(chǎn)品的最小改動(dòng)使其達到電磁兼容要求。這就屬于電磁兼容整改對策的范疇，這是我們這次課程需要探討的問(wèn)題。
1.2 常見(jiàn)的電磁兼容整改措施
對常見(jiàn)的電磁兼容問(wèn)題，我們通過(guò)綜合采用以下幾個(gè)方面的整改措施，一般可以解決大部分的問(wèn)題：可以在屏蔽體的裝配面處涂導電膠，或者在裝配面處加導電襯墊，甚至采用導電金屬膠帶進(jìn)行補救。導電襯墊可以是編織的金屬絲線(xiàn)、硬度較低易于塑型的軟金屬(銅、鉛等)、包裝金屬層的橡膠、導電橡膠或者是梳狀簧片接觸指狀物等。
在不影響性能的前提下，適當調整設備電纜走向和排列，做到不同類(lèi)型的電纜相互隔離。改變普通的小信號或高頻信號電纜為帶屏蔽的電纜，改變普通的大電流信號或數據傳輸信號電纜為對稱(chēng)絞線(xiàn)電纜。
加強接地的機械性能，降低接地電阻。同時(shí)對于設備整體要有單獨的低阻抗接地。
在設備電源輸入線(xiàn)上加裝或串聯(lián)電源濾波器。
在可能的情況下，對重要器件進(jìn)行屏蔽、隔離處理，如加裝接地良好的金屬隔離板或小的屏蔽罩等。
在各器件電源輸入端并聯(lián)小電容，以旁路電源帶來(lái)的高頻干擾。
下面，我們分別就電子、電器產(chǎn)品在傳導發(fā)射、輻射發(fā)射、諧波電流、靜電放電、電快速脈沖、浪涌等電磁兼容測試項目試驗過(guò)程中較常出項的問(wèn)題及解決方案和補救措施與大家共同探討。
我們根據各項目的特點(diǎn)，將這些內容分為三大類(lèi)分別進(jìn)行討論：
電磁騷擾發(fā)射類(lèi)：傳導發(fā)射、輻射發(fā)射
諧波電流類(lèi)
瞬態(tài)脈沖抗擾度類(lèi)：靜電放電、電快速脈沖、浪涌沖擊
2．電磁騷擾發(fā)射測試常見(jiàn)問(wèn)題對策及整改措施
對于電磁發(fā)射測試對策及整改，我們將在下個(gè)專(zhuān)題《電子產(chǎn)品 3C 認證檢測中常見(jiàn)電磁兼容問(wèn)題與對策》中以AV 和IT 類(lèi)產(chǎn)品為例加以詳細探討，在這兒僅進(jìn)行一些提綱性介紹，不再深入展開(kāi)探討。
2.1 電子、電氣產(chǎn)品內的主要電磁騷擾源
設備開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)回路：騷擾源主頻幾十kHz 到百余kHz，高次諧波可延伸到數十MHz。
設備直流電源的整流回路：工頻整流噪聲頻率上限可延伸到數百kHz；高頻整流噪聲頻率上限可延伸到數十MHz。
電動(dòng)設備直流電機的電刷噪聲：噪聲頻率上限可延伸到數百MHz。
電動(dòng)設備交流電機的運行噪聲：高次諧波可延伸到數十MHz。
變頻調速電路的騷擾發(fā)射：騷擾源頻率從幾十kHz 到幾十MHz
設備運行狀態(tài)切換的開(kāi)關(guān)噪聲：噪聲頻率上限可延伸到數百MHz。
智能控制設備的晶振及數字電路電磁騷擾：騷擾源主頻幾十kHz 到幾十MHz，高次諧波可延伸到數百MHz。
微波設備的微波泄漏：騷擾源主頻數GHz。
電磁感應加熱設備的電磁騷擾發(fā)射：騷擾源主頻幾十kHz，高次諧波可延伸到數十MHz。
電視電聲接收設備的高頻調諧回路的本振及其諧波：騷擾源主頻數十MHz 到數百MHz，高次諧波可延伸到數GHz。
信息技術(shù)設備的及各類(lèi)自動(dòng)控制設備數字處理電路：騷擾源主頻數十MHz 到數百MHz，高次諧波可延伸到數GHz。
2.2 騷擾源定位
2.2.1 根據測量曲線(xiàn)定位：
依據：超標騷擾頻率范圍、超標騷擾頻域分布、窄帶騷擾還是寬帶騷擾等
根據被測設備工作方式和內部結構定位：
有沒(méi)有使用標準不建議使用的半波整流和對稱(chēng)/非對稱(chēng)電源調整電路？
內部結構中電路板布局是否合理？
內部電纜走線(xiàn)是否合理？
內部濾波器（濾波電路）安裝是否合理？
內部電路接地和搭接方式是否合理？
機箱屏蔽是否滿(mǎn)足對應產(chǎn)品的需求？
2.2.2 根據被測設備組成和功能定位：
設備內部有否二次電源，其工作方式？
設備內是否有驅動(dòng)電機，電機類(lèi)型？
設備內是否有變頻調速電路？
設備內是否有數碼控制或智能控制電路？是否使用晶振？
設備內是否存在程控的繼電器或開(kāi)關(guān)電路？
設備正常工作是否利用電磁波或微波？
設備內是否存在工作中的無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路？
2.2.3 根據功能模塊工作情況進(jìn)行故障定位：
若設備的各個(gè)模塊可以暫停和恢復工作，可以通過(guò)逐個(gè)暫停這些模塊的工作來(lái)判斷騷擾來(lái)源。
若模塊不可以獨立暫停和恢復工作，可以通過(guò)與設備其它功能模塊一起組合進(jìn)行暫停和恢復工作，從而判斷騷擾的大概來(lái)源。
若模塊不可以獨立暫停和恢復工作，可以通過(guò)與其它設備的合格功能模塊一起組合進(jìn)行暫停和恢復工作，從而判斷騷擾的大概來(lái)源。
對懷疑騷擾超標的模塊，可以用置換的方式來(lái)進(jìn)行騷擾判定。
2.3 電子、電氣產(chǎn)品連續傳導發(fā)射超標問(wèn)題及對策
家電類(lèi)產(chǎn)品連續傳導騷擾標稱(chēng)測量頻率范圍148.5kHz-30MHz（實(shí)際為150kHz-30MHz）。
測量分別在電源端子及負載端子和附加端子上進(jìn)行。
連續傳導騷擾的主要來(lái)源：
開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率及諧波騷擾、電源整流回路的整流噪聲、
交流電機的運行噪聲、直流電機的電刷噪聲、
電磁感應加熱設備的電磁騷擾、
智能控制設備的晶振及數字電路電磁騷擾等
當我們通過(guò)騷擾定位方式找到超標點(diǎn)的騷擾來(lái)源后，
即可采用相對應的騷擾抑制措施。
（針對故障定位及傳導騷擾來(lái)源分別展開(kāi)說(shuō)明）
對一般的電源端連續傳導騷擾可以通過(guò)以下的電路加以抑制：
圖 1：交流電源濾波網(wǎng)絡(luò )
對于負載端子和附加端子的傳導騷擾可以通過(guò)以下的電路加以抑制
圖2：直流輸出濾波網(wǎng)絡(luò )
無(wú)論是對電源端子、負載端子和附加端子采取抑制措施，若使用獨立的濾波器時(shí)，需注意其安裝方式。
圖3：濾波器的安裝方法
2.4 電子、電氣產(chǎn)品斷續傳導發(fā)射超標問(wèn)題及對策
家電類(lèi)產(chǎn)品斷續傳導騷擾標稱(chēng)測量頻率范圍148.5kHz-30MHz（實(shí)際為150kHz-30MHz）。
測量在電源端子上進(jìn)行，喀嚦聲測量的頻率點(diǎn)為：150kHz、500kHz、1.4MHz、30MHz
斷續傳導騷擾的主要來(lái)源：
恒溫控制器具，程序自動(dòng)的機器和其他電氣控制或操作的器具的開(kāi)關(guān)操作會(huì )產(chǎn)生斷續騷擾。
此類(lèi)操作一般通過(guò)繼電器和程控電子/機械開(kāi)關(guān)等實(shí)現。
此類(lèi)騷擾一般由繼電器、開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)抖動(dòng)及非純阻負載通斷所產(chǎn)生的電涌沖擊形成。
可采用相對應的騷擾抑制措施主要針對以上兩個(gè)方面進(jìn)行。
2.5 電子、電氣產(chǎn)品輻射騷擾超標問(wèn)題及對策
電子、電氣產(chǎn)品輻射騷擾場(chǎng)強測量頻率范圍30MHz-1000MHz。
測量一般在開(kāi)闊場(chǎng)或半電波暗室中進(jìn)行。
輻射騷擾的主要騷擾來(lái)源：
開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率及諧波騷擾
交流電機的運行噪聲、直流電機的電刷噪聲
電磁感應設備的電磁騷擾
智能控制設備的晶振及數字電路電磁騷擾等
當我們通過(guò)騷擾定位方式找到輻射騷擾超標點(diǎn)的騷擾源后，即可采用相對應的騷擾源抑制措施。（針對故障定位及騷擾來(lái)源分別展開(kāi)說(shuō)明）
一般來(lái)說(shuō)，首先抑制騷擾源，這可以通過(guò)優(yōu)化電路設計、電路結構和排版，加強濾波和正確的接地來(lái)達到。其次是要切斷耦合途徑，這可以通過(guò)正確的機殼屏蔽和傳輸線(xiàn)濾波達到。
3．諧波電流測試常見(jiàn)問(wèn)題對策及整改措施
對于由交流市電供電的電子、電氣產(chǎn)品，諧波電流是一個(gè)很重要的電磁兼容測量項目。
在低壓市電網(wǎng)絡(luò )使用的電子電氣設備，其供電電壓是正弦波，但其電流波形未必是正弦波，可能有或多或少的畸變。大量的此類(lèi)設備應用，會(huì )造成電網(wǎng)電壓波形畸變，使電網(wǎng)電能質(zhì)量下降。
圖4：高壓整流電路及對應的畸變電流波形
一個(gè)周期函數可以分解為傅立葉級數，表示為多級正弦函數的和式，即可把周期信號當作是正弦函數的基波與高次諧波的合成。
所以，我們可以將設備的畸變電流波形分解為基波和高次諧波，通過(guò)特定的儀器測量高次諧波含量，就可以分析出設備電流波形畸變的程度。這些高次諧波電流分量我們簡(jiǎn)稱(chēng)為諧波電流。
圖6：畸變電流波形的傅立葉展開(kāi)示意圖
當電網(wǎng)中存在過(guò)量的諧波電流，不僅會(huì )使發(fā)電機的效率降低，嚴重時(shí)還會(huì )造成發(fā)電機和電網(wǎng)設備的損壞，同時(shí)還會(huì )影響電網(wǎng)用戶(hù)設備的正常工作，比如計算機運算出錯，電視機畫(huà)面翻滾。
正是出于保護共用電網(wǎng)電能質(zhì)量，保障電網(wǎng)和用戶(hù)設備的正常進(jìn)行，IEC 提出了諧波電流限值標準。
諧波電流測試不適用于由非市電的低壓交、直流和電池供電的電子、電氣產(chǎn)品。
3.1 測量標準介紹
下面以GB17625.1 標準為例，對諧波電流的測量作一個(gè)簡(jiǎn)要介紹。
標準名稱(chēng)：GB17625.1-2003 idt IEC61000-3-2:2001 《電磁兼容 限值 諧波電流發(fā)射限值（設備每相輸入電流≤16A）》
GB17625.1-2003 是眾多電子電器產(chǎn)品認證檢驗的一個(gè)重要依據標準。該標準測量和限制的就是由低壓市電供電的電子、電氣產(chǎn)品（設備每相輸入電流≤16A）在使用時(shí)其供電電流波形畸變的程度。
GB17625.1-2003 標準是通過(guò)限制設備電流的高次諧波分量的大小來(lái)限制設備電流波形的畸變的。GB17625.1 考慮到第40 次諧波電流含量。
3.1.1 標準的適用范圍
該標準只對接入頻率為 50Hz/60Hz、相電壓為220V/230V/240V 的低壓供電系統且每相輸入電流不大于16A 的設備提出諧波電流限值要求。
該標準是一個(gè)通用電磁兼容標準。適合于本標準的產(chǎn)品類(lèi)別較多，如家用電器、電動(dòng)工具、電氣照明設備、信息技術(shù)設備、影音設備等等。
3.1.2 設備的分類(lèi)
分類(lèi)是按照諧波電流限值不同而進(jìn)行的。
A 類(lèi)：平衡的三相設備;
家用電器，不包括列入D 類(lèi)的設備；
工具，不包括便攜式工具；
白熾燈調光器；
音頻設備；
以及除以下幾類(lèi)設備外的所有其他設備。
B 類(lèi)：便攜式工具；不屬于專(zhuān)用設備的電弧焊設備
C 類(lèi)：照明設備
D 類(lèi)：有功功率不大于600W 下列設備：個(gè)人計算機和個(gè)人計算機顯示器；電視接收機。
B 類(lèi)、C 類(lèi)和D 類(lèi)設備定義比較簡(jiǎn)單，A 類(lèi)的區分比較復雜。
3.1.3 諧波電流限值
下列類(lèi)型設備的限值在該標準中未作規定：
額定功率75W 及以下的設備，照明設備除外（將來(lái)該值可能從75W 減小到50W）；
總額定功率大于1kW 的專(zhuān)用設備；
額定功率不大于200W 的對稱(chēng)控制加熱元件；
額定功率不大于1kW 的白熾燈獨立調光器。
（通常有生產(chǎn)廠(chǎng)家利用此條的限制項來(lái)達到免于進(jìn)行諧波電流限制的目的）
3.1.3.1 A 類(lèi)設備的諧波電流限值
A 類(lèi)設備的諧波電流限值見(jiàn)標準相應表格，限值是有效值，單位為安培。該限值是固定值，與產(chǎn)品的功率和基波電流大小不相關(guān)。
3.1.3.2 B 類(lèi)設備的諧波電流限值
B 類(lèi)設備的諧波電流限值是A 類(lèi)設備的限值的1.5 倍。
3.1.3.3 C 類(lèi)設備的諧波電流限值
a）有功輸入功率大于25W
對于有功輸入功率大于25W 的照明電器，諧波電流不應超過(guò)C 類(lèi)設備的相關(guān)限值。該限值與產(chǎn)品基波電流大小不相關(guān)。
b）有功輸入功率不大于25W
對于有功功率不大于25W 的放電燈，標準規定了其特定的合格判定條件。
3.1.3.4 D 類(lèi)設備的諧波電流限值
a）只限制奇次諧波電流。
b）奇次諧波電流不僅要符合最大允許諧波電流，還要符合“每瓦功率允許的最大諧波電流”。
可以說(shuō)對D 類(lèi)設備的要求是比較嚴格的，而實(shí)際情況卻是D 類(lèi)設備的諧波電流往往比較大。
該規定是考慮到D 類(lèi)設備應用非常廣泛，又經(jīng)常是連續運轉，客觀(guān)上又經(jīng)常同時(shí)使用。如此多的D類(lèi)設備同時(shí)工作，它們產(chǎn)生的諧波電流在合成（矢量合成）后對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響將是不能不考慮的。
3.1.4 諧波電流測量?jì)x器
諧波測量設備一般由兩部分組成：精密電源單元與測量?jì)x表單元。
要求電源部分能向被測設備提供良好波形的電壓源、負載能力和平坦的阻抗特性。
標準規定測量?jì)x表單元必須是離散付氏變換（FFT）的時(shí)域測量?jì)x器，能夠連續、準確地同時(shí)測量全部各次諧波所涉及的幅值、相位角等需要量。
目前實(shí)驗室多采用以FFT 為頻譜分析原理的諧波測量?jì)x。測量?jì)x的前級為采樣電路、模-數變化器，后級是FFT 分析儀（可以利用PC 機實(shí)現）。
3.1.5 試驗條件
標準中規定了部分類(lèi)型設備諧波電流的試驗條件。
對于沒(méi)有提到的設備，發(fā)射測量應在用戶(hù)操作控制下或自動(dòng)程序設定在正常工作狀態(tài)下，預計產(chǎn)生最大總諧波電流（THC）的模式進(jìn)行。
這是規定了發(fā)射試驗時(shí)設備的配置，而不是要求測量THC 值或尋找最?lèi)毫訝顟B(tài)下的發(fā)射。
3.2 諧波電流發(fā)射的基本對策
解決諧波發(fā)射超標問(wèn)題
