??? 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" title="電磁兼容設計">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。本文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干擾" title="電磁干擾">電磁干擾的解決方法。
??? 現(xiàn)代的電子產品，功能越來越強大，電子線路也越來越復雜，以前在電子線路設計中很少出現(xiàn)的電磁干擾(EMI)和電磁兼容性(EMC)問題，現(xiàn)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)在電子線路設計方面的應用，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干擾(Electromagnetic Interference)進行優(yōu)化設計，使之能成為符合各國或地區(qū)電磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)標準的產品。EMC的定義是：在同一電磁環(huán)境中，設備能夠不因為其它設備的干擾影響正常工作，同時也不對其它設備產生影響工作的干擾。
??? 電磁干擾(Electromagnetic Interference)一般都分為兩種，傳導干擾和輻射干擾。傳導干擾是指通過導電介質把一個電網絡上的信號耦合(干擾)到另一個電網絡。輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號耦合(干擾)到另一個電網絡。因此對EMC問題的研究就是對干擾源、耦合途徑、敏感設備三者之間關系的研究。
??? 自從電子系統(tǒng)降噪技術在70年代中期出現(xiàn)以來，主要由于美國聯(lián)邦通訊委員會在1990年和歐盟在1992提出了對商業(yè)數(shù)碼產品的有關規(guī)章，這些規(guī)章要求各個公司確保它們的產品符合嚴格的磁化系數(shù)和發(fā)射準則。符合這些規(guī)章的產品稱為具有電磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。目前全球各地區(qū)基本都設置了EMC相應的市場準入認證，用以保護本地區(qū)的電磁環(huán)境和本土產品的競爭優(yōu)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、臺灣的BSMI認證、中國的3C認證等都是進入這些市場的“通行證”。
??? 很多人從事電子線路設計的時候，都是從認識電子元器件開始，但從事電磁兼容設計的時候卻無從下手。實際上從事電磁兼容設計是從電磁場理論開始，即從電磁感應認識開始。
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一、電磁感應與電磁干擾
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??? 一般電子線路都是由電阻器、電容器、電感器、變壓器、有源器件和導線組成，當電路中有電壓存在的時候，在所有帶電的元器件周圍都會產生電場，當電路中有電流流過的時候，在所有載流體的周圍都存在磁場。
??? 電容器是電場最集中的元件，流過電容器的電流是位移電流，這個位移電流是由于電容器的兩個極板" title="極板">極板帶電，并在兩個極板之間產生電場，通過電場感應，兩個極板會產生充放電，形成位移電流。實際上電容器回路中的電流并沒有真正流過電容器，而只是對電容器進行充放電。當電容器的兩個極板張開時，我們就可以把兩個極板看成是一組電場輻射天線，此時在兩個極板之間的電路都會對極板之間的電場產生感應。在兩極板之間的電路不管是閉合回路，或者是開路，在與電場方向一致的導體中都會產生位移電流(當電場的方向不斷改變時)，即電流一會兒向前跑，一會兒向后跑。
??? 電場強度的定義是電位梯度，即兩點之間的電位差與距離之比。一根數(shù)米長的導線，當其流過數(shù)安培的電流時，其兩端電壓最多也只有零點幾伏，即幾十毫伏/米的電場強度，就可以在導體內產生數(shù)安培的電流，可見電場作用效力之大，其干擾能力之強。
??? 電感器和變壓器是磁場最集中的元件，流過變壓器次級線圈的電流是感應電流，這個感應電流是因為變壓器初級線圈中有電流流過時，產生磁感應而產生的。在電感器和變壓器周邊的電路，都可看成是一個“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，即互相產生干擾。
??? 在電子線路中只要有電場或磁場存在，就會產生電磁干擾(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及系統(tǒng)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干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內其他子系統(tǒng)的正常工作。
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二、電磁兼容設計
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??? 目前大多數(shù)電子產品都選用開關電源供電，以節(jié)省能源和提高工作效率；同時越來越多的產品也都含有數(shù)字電路，以提供更多的應用功能。開關電源電路和數(shù)字電路中的時鐘電路是目前電子產品中最主要的電磁干擾源，它們是電磁兼容設計的主要內容。下面我們以一個開關電源的電磁兼容設計過程來進行分析。
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??? 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，并向儲能濾波電容器C5充電，然后向變壓器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后的電原理圖。
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1、對電流諧波的抑制
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??? 一般電容器C5的容量很大，其兩端電壓紋波很小，大約只有輸入電壓的10%左右，而僅當輸入電壓Ui大于電容器C5兩端電壓的時候，整流二極管才導通，因此在輸入電壓的一個周期內，整流二極管的導通時間很短，即導通角很小。這樣整流電路中將出現(xiàn)脈沖尖峰電流，如圖3所示。
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??? 這種脈沖尖峰電流如用付立葉級數(shù)展開，將被看成由非常多的高次諧波電流組成，這些諧波電流將會降低電源設備的使用效率，即功率因數(shù)很低，并會倒灌到電網，對電網產生污染，嚴重時還會引起電網頻率的波動，即交流電源閃爍。脈沖電流諧波和交流電源閃爍測試標準為：IEC61000-3-2及IEC61000-3-3。一般測試脈沖電流諧波的上限是40次諧波頻率。
??? 解決整流電路中出現(xiàn)脈沖尖峰電流過大的方法是在整流電路中串聯(lián)一個PFC(Power Factor corrector)功率因素" title="功率因素">功率因素矯正電路，或差模" title="差模">差模濾波電感器。PFC功率因素矯正電路一般為一個并聯(lián)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(shù)一般只有0.4~0.6，經功率因素矯正后功率因數(shù)最高可達到0.98。功率因素矯正電路雖然可以完全解決整流電路中出現(xiàn)脈沖尖峰電流過大的問題，但又會帶來新的高頻干擾問題，這同樣也要進行嚴格的EMC電磁兼容設計。用差模濾波電感器可以有效地抑制脈沖電流的峰值，從而降低電流諧波干擾，但不能提高功率因素。
??? 圖2中的L1為差模濾波電感器，差模濾波電感器一般用矽鋼片材料制作，以提高電感量，為了防止大電流流過差模濾波電感器時產生磁飽和，一般差模濾波電感器的兩個組線圈都各自留有一個漏感磁回路。
??? L1差模濾波電感可根據(jù)試驗求得，也可以根據(jù)下式進行計算：
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??? E=L(di/di) （1）
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??? 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，di/dt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。