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認證檢測中常見的電磁兼容問題與對策(一）

作者：　　日期：2016-01-22　　瀏覽次數：1792次　　來源：

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1．概述
1.1 什么時候需要電磁兼容整改及對策
對一個電子、電氣產品來說，在設計階段就應該考慮其電磁兼容性，這樣可以將產品在生產階段出現電磁兼容問題的可能性減少到一個較低的程度。但其是否滿足要求，最終要通過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，即使對一個電磁兼容設計問題考慮得比較周全得產品，在設計制造過程中，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的。
當然，對產品定型前的電磁兼容測試不合格的問題，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，針對產品存在的電磁兼容問題重新進行設計。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、電氣產品比較普遍存在的情況是：產品在進行電磁兼容型式試驗時，產品設計已經定型，產品外殼已經開模，PCB 板已經設計生產，部件板卡已經加工，甚至產品已經生產出來等著出貨放行。
對此類產品存在的電磁兼容問題，只能采取“出現什么問題，解決什么問題”的問題解決法，以對產品的最小改動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題。
1.2 常見的電磁兼容整改措施
對常見的電磁兼容問題，我們通過綜合采用以下幾個方面的整改措施，一般可以解決大部分的問題：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行補救。導電襯墊可以是編織的金屬絲線、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絞線電纜。
加強接地的機械性能，降低接地電阻。同時對于設備整體要有單獨的低阻抗接地。
在設備電源輸入線上加裝或串聯電源濾波器。
在可能的情況下，對重要器件進行屏蔽、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小電容，以旁路電源帶來的高頻干擾。
下面，我們分別就電子、電器產品在傳導發射、輻射發射、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程中較常出項的問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，將這些內容分為三大類分別進行討論：
電磁騷擾發射類：傳導發射、輻射發射
諧波電流類
瞬態脈沖抗擾度類：靜電放電、電快速脈沖、浪涌沖擊
2．電磁騷擾發射測試常見問題對策及整改措施
對于電磁發射測試對策及整改，我們將在下個專題《電子產品 3C 認證檢測中常見電磁兼容問題與對策》中以AV 和IT 類產品為例加以詳細探討，在這兒僅進行一些提綱性介紹，不再深入展開探討。
2.1 電子、電氣產品內的主要電磁騷擾源
設備開關電源的開關回路：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射：騷擾源頻率從幾十kHz 到幾十MHz
設備運行狀態切換的開關噪聲：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。
信息技術設備的及各類自動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：
有沒有使用標準不建議使用的半波整流和對稱/非對稱電源調整電路？
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？
機箱屏蔽是否滿足對應產品的需求？
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？
設備內是否有驅動電機，電機類型？
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關電路？
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線收發電路？
2.2.3 根據功能模塊工作情況進行故障定位：
若設備的各個模塊可以暫停和恢復工作，可以通過逐個暫停這些模塊的工作來判斷騷擾來源。
若模塊不可以獨立暫停和恢復工作，可以通過與設備其它功能模塊一起組合進行暫停和恢復工作，從而判斷騷擾的大概來源。
若模塊不可以獨立暫停和恢復工作，可以通過與其它設備的合格功能模塊一起組合進行暫停和恢復工作，從而判斷騷擾的大概來源。
對懷疑騷擾超標的模塊，可以用置換的方式來進行騷擾判定。
2.3 電子、電氣產品連續傳導發射超標問題及對策
家電類產品連續傳導騷擾標稱測量頻率范圍148.5kHz-30MHz（實際為150kHz-30MHz）。
測量分別在電源端子及負載端子和附加端子上進行。
連續傳導騷擾的主要來源：
開關電源的開關頻率及諧波騷擾、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
當我們通過騷擾定位方式找到超標點的騷擾來源后，
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源分別展開說明）
對一般的電源端連續傳導騷擾可以通過以下的電路加以抑制：

圖 1：交流電源濾波網絡

對于負載端子和附加端子的傳導騷擾可以通過以下的電路加以抑制

圖2：直流輸出濾波網絡

無論是對電源端子、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，需注意其安裝方式。

圖3：濾波器的安裝方法

2.4 電子、電氣產品斷續傳導發射超標問題及對策
家電類產品斷續傳導騷擾標稱測量頻率范圍148.5kHz-30MHz（實際為150kHz-30MHz）。
測量在電源端子上進行，喀嚦聲測量的頻率點為：150kHz、500kHz、1.4MHz、30MHz
斷續傳導騷擾的主要來源：
恒溫控制器具，程序自動的機器和其他電氣控制或操作的器具的開關操作會產生斷續騷擾。
此類操作一般通過繼電器和程控電子/機械開關等實現。
此類騷擾一般由繼電器、開關的觸點抖動及非純阻負載通斷所產生的電涌沖擊形成。
可采用相對應的騷擾抑制措施主要針對以上兩個方面進行。
2.5 電子、電氣產品輻射騷擾超標問題及對策
電子、電氣產品輻射騷擾場強測量頻率范圍30MHz-1000MHz。
測量一般在開闊場或半電波暗室中進行。
輻射騷擾的主要騷擾來源：
開關電源的開關頻率及諧波騷擾
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
當我們通過騷擾定位方式找到輻射騷擾超標點的騷擾源后，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源分別展開說明）
一般來說，首先抑制騷擾源，這可以通過優化電路設計、電路結構和排版，加強濾波和正確的接地來達到。其次是要切斷耦合途徑，這可以通過正確的機殼屏蔽和傳輸線濾波達到。
3．諧波電流測試常見問題對策及整改措施
對于由交流市電供電的電子、電氣產品，諧波電流是一個很重要的電磁兼容測量項目。
在低壓市電網絡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。大量的此類設備應用，會造成電網電壓波形畸變，使電網電能質量下降。

圖4：高壓整流電路及對應的畸變電流波形

一個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稱為諧波電流。

圖6：畸變電流波形的傅立葉展開示意圖

當電網中存在過量的諧波電流，不僅會使發電機的效率降低，嚴重時還會造成發電機和電網設備的損壞，同時還會影響電網用戶設備的正常工作，比如計算機運算出錯，電視機畫面翻滾。
正是出于保護共用電網電能質量，保障電網和用戶設備的正常進行，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簡要介紹。
標準名稱：GB17625.1-2003 idt IEC61000-3-2:2001 《電磁兼容限值諧波電流發射限值（設備每相輸入電流≤16A）》
GB17625.1-2003 是眾多電子電器產品認證檢驗的一個重要依據標準。該標準測量和限制的就是由低壓市電供電的電子、電氣產品（設備每相輸入電流≤16A）在使用時其供電電流波形畸變的程度。
GB17625.1-2003 標準是通過限制設備電流的高次諧波分量的大小來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。
該標準是一個通用電磁兼容標準。適合于本標準的產品類別較多，如家用電器、電動工具、電氣照明設備、信息技術設備、影音設備等等。
3.1.2 設備的分類
分類是按照諧波電流限值不同而進行的。
A 類：平衡的三相設備;
家用電器，不包括列入D 類的設備；
工具，不包括便攜式工具；
白熾燈調光器；
音頻設備；
以及除以下幾類設備外的所有其他設備。
B 類：便攜式工具；不屬于專用設備的電弧焊設備
C 類：照明設備
D 類：有功功率不大于600W 下列設備：個人計算機和個人計算機顯示器；電視接收機。
B 類、C 類和D 類設備定義比較簡單，A 類的區分比較復雜。
3.1.3 諧波電流限值
下列類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（將來該值可能從75W 減小到50W）；
總額定功率大于1kW 的專用設備；
額定功率不大于200W 的對稱控制加熱元件；
額定功率不大于1kW 的白熾燈獨立調光器。
（通常有生產廠家利用此條的限制項來達到免于進行諧波電流限制的目的）
3.1.3.1 A 類設備的諧波電流限值
A 類設備的諧波電流限值見標準相應表格，限值是有效值，單位為安培。該限值是固定值，與產品的功率和基波電流大小不相關。
3.1.3.2 B 類設備的諧波電流限值
B 類設備的諧波電流限值是A 類設備的限值的1.5 倍。
3.1.3.3 C 類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C 類設備的相關限值。該限值與產品基波電流大小不相關。
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”。
可以說對D 類設備的要求是比較嚴格的，而實際情況卻是D 類設備的諧波電流往往比較大。
該規定是考慮到D 類設備應用非常廣泛，又經常是連續運轉，客觀上又經常同時使用。如此多的D類設備同時工作，它們產生的諧波電流在合成（矢量合成）后對電網電能質量的影響將是不能不考慮的。
3.1.4 諧波電流測量儀器
諧波測量設備一般由兩部分組成：精密電源單元與測量儀表單元。
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。
標準規定測量儀表單元必須是離散付氏變換（FFT）的時域測量儀器，能夠連續、準確地同時測量全部各次諧波所涉及的幅值、相位角等需要量。
目前實驗室多采用以FFT 為頻譜分析原理的諧波測量儀。測量儀的前級為采樣電路、模-數變化器，后級是FFT 分析儀（可以利用PC 機實現）。
3.1.5 試驗條件
標準中規定了部分類型設備諧波電流的試驗條件。
對于沒有提到的設備，發射測量應在用戶操作控制下或自動程序設定在正常工作狀態下，預計產生最大總諧波電流（THC）的模式進行。
這是規定了發射試驗時設備的配置，而不是要求測量THC 值或尋找最惡劣狀態下的發射。
3.2 諧波電流發射的基本對策
解決諧波發射超標問題

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