电源中的 EMI 和 EMC 定义描述

一路上

前言

关于与产品设计相关的电气噪声的讨论经常提到电磁干扰 (EMI) 和电磁兼容性 (EMC)。”经常存在混淆，对于这两个术语的确切含义没有普遍一致，因此这两个术语都可以用来描述类似的概念。

国际电工委员会(IEC) 将 EMC 定义为“设备或系统在其电磁环境中令人满意地运行而不对该环境中的任何事物引入无法忍受的电磁干扰的能力”。这句话可以简化为“容忍外界干扰，不干扰外界”。

IEC将 EMI 定义为“由电磁干扰引起的设备或传输通道或系统性能下降”，定义 EMI 的这个短语可以简化为“由于外部干扰导致的性能下降”。

虽然 IEC 提供了上述定义，但也有电源供应商将 EMI 定义为产品如何影响其运行环境的概念，而 EMC 则涉及产品周围的环境如何影响产品的运行。由于在定义上缺乏一致意见，下面介绍分类为“不干扰外界”或“容忍外部干扰”。

不干扰外界

由电源和相关系统设计引起的三种常见干扰；传导发射、辐射发射和谐波。这些干扰会降低或禁用在有问题的设备附近运行的电子设备的功能。

1. 传导发射

关于“不干扰外界”最常见的担忧是传导和辐射的排放，传导发射通过沿着电源导体将能量发送回电源来影响产品运行的环境。监管机构已定义了 150 kHz 至 30 MHz 频率范围内可接受的传导能量的最大水平。测量传导发射时，线路阻抗稳定网络 (LISN) 放置在被测设备 (DUT) 和电源之间。LISN 提供电源和 DUT 之间的标准化隔离，以及测量传导能量的标准化负载。

用于测量传导发射的 LISN

大多数电源在输入端都包含内部滤波器组件，以抑制电源产生的传导发射。当电源连接到系统负载时，可能会出现来自系统负载的无意信号通过电源传导回来并出现在电源输入处的情况。如果在系统配置中测量到不可接受的传导发射，则系统工程师将需要添加组件来减弱不可接受的发射。

2. 辐射发射

顾名思义，辐射发射通过辐射电磁能影响产品运行的环境，辐射发射的监管频率范围为 30 MHz 至 1 GHZ（有时也包括更高频率）。除了系统负载之外，辐射发射还可能由电源或电源与系统负载之间的相互作用引起，进出电源的导体可能会充当能量辐射的意外天线。来自电源的不可接受的辐射发射或来自电源和系统负载之间的相互作用的辐射发射通常通过在电源和系统负载之间的导体上放置滤波器组件来解决，这些滤波器组件用于衰减外部电源导体辐射的能量。

用于监测辐射发射的宽带天线

在电波暗室中运行的水平和垂直极化宽带天线用于检测和测量辐射发射。

3. 谐波

在谐波的情况下，需要担心的是交流电源上的许多负载不是纯电阻性的，因此尽管电源电压是正弦波，但负载电流不是正弦波。此概念的一个简单示例是电源由于输入桥式整流器和滤波电容器而产生的负载。仅当输入电压大于大容量电容器上的电压时，桥式整流器才在电压相位期间汲取电流并对大容量电容器充电。桥式整流器输入端产生的负载电流波形是一系列低占空比脉冲，其频率是线路电压的两倍。这种低占空比脉冲负载电流在线电压的谐波频率下消耗大量能量。线路电压的源和传输系统都没有针对在这些谐波下传输能量进行优化，因此系统以次优方式运行，某些电源需要功率因数校正 (PFC) 电路来减少电源消耗的谐波能量。

AC-DC 电源输入的电压和电流波形

IEC 61000-3-2 谐波电流规范涉及 2次到 40次谐波，适用于额定电流高达 16 A 的设备。内部产生的谐波干扰仅适用于交流电源，而传导和辐射发射适用于交流和直流电源。

容忍外界干扰

有许多类别的干扰受监管规范管辖，而电源和相关系统都是这些干扰的受害者。其中一些包括静电放电 (ESD)、电快速瞬变 (EFT)、浪涌、电压暂降和短路。这些外部干扰可能会影响电源或相关系统的性能,进行设计和测试是为了确保电源和系统能够在存在这些干扰的情况下正常运行。列出的 EFT、浪涌、电压暂降和短路等干扰均与施加到电源输入的电压质量相关，外部 ESD 干扰是由与操作环境的相互作用产生的。

结语

EMC 和 EMI 的概念密切相关，术语的常见定义可能与它们中的任何一个相关。包含所有概念的宽松定义是“容忍外界干扰，不干扰外界”。虽然定义并不通用，但相关的干扰是由合规机构指定和监管的。

更多内容请看：开关电源电磁兼容标准和注意事项、浪涌保护基础知识和测试标准、EMC测试在产品设计中的重要性。