电磁兼容（EMC）原理、设计与故障排除实例详解

为了避免电子产品在使用的过程中会受到电磁干扰，电子、电器产品在进入市场之前都需要经过严格的电磁兼容测试。尤其是伴随5G通信、轨道交通信号技术发展的需求，对电子产品的抗干扰性要求也日益提高，电子技术人员不仅要会设计电路、设计产品，产品出现问题后还要能及时进行故障排除。 《电磁兼容（EMC）原理、设计与故障排除实例详解 》一书帮助读者全面学习EMC从原理到设计、应用的全部知识与技巧。 《电磁兼容（EMC）原理、设计与故障排除实例详解 》全书特点： 1 丰富的设计实例：提供汽车电子产品、铁路信号、家电、开关电源等的电磁兼容设计案例，阐述设计思路，点明设计技巧，演示设计难点和重点，读者可以直接用于设计工作。 2 注重实用，全面总结电磁兼容从原理、设计、测试到故障排除、应用的全部知识和技能，是一本简明实用的电磁兼容设计和测试故障排除的工具书。 3 配套视频讲解，详细介绍设计细节、故障排除问题和解决对策。

电磁兼容一般指电气、电子设备在共同的电磁环境中能执行各自功能的共存状态，既要求都能正常工作又互不干扰，达到“兼容”状态。随着科技的发展，人们在生产、生活中使用的电气、电子设备越来越广泛。这些设备在工作中产生一些有用或无用的电磁能量，这些能量影响到其他设备的工作，就形成了电磁干扰。严格地讲，只要将两个以上的元件（或电路、设备、系统）置于同一电磁环境中，就会产生电磁干扰。 
近年来，电磁干扰问题越来越成为电子设备或系统中的一个严重的问题，电磁兼容技术已成为许多技术人员和管理人员十分重视的内容。究其原因主要有以下几点：
1.电子设备的密集度已成为衡量现代化程度的一个重要指标，大量的电子设备在同一电磁环境中工作，电磁干扰的问题呈现出前所未有的严重性；
2.现代电子产品的一个主要特征是数字化，微处理器的应用十分普遍，而这些数字电路在工作时，会产生很强的电磁干扰，不仅使产品不能通过有关的电磁兼容性标准测试，甚至连自身的稳定工作都不能保证；
3.电磁兼容标准的强制执行使电子产品必须满足电磁兼容标准的要求；
4.电磁兼容性标准已成为西方发达国家限制进口产品的一道坚固的技术壁垒，我国加入世贸组织后，这种技术壁垒对我们的障碍更大。
为了帮助我国的工程师们尽快提高电磁兼容设计水平，笔者根据自己多年的电子电路及电磁兼容测试经验，编写了这本书。
书中既全面介绍了电磁兼容设计的方法和注意事项，又结合实际介绍了电磁兼容测试的相关技术和标准，具体内容包括电磁兼容（EMC）标准知识、电磁兼容各项试验要求、接地设计 、屏蔽设计、干扰滤波、电缆及连接器的设计、瞬态干扰抑制器件、隔离器件、产品整机及电路板设计、产品的电气设计和装配、电磁兼容故障的诊断及整改措施等。
电磁兼容测试检测工程师们可以根据本书了解电子产品电磁兼容测试的深层意义，而电子工程师可以在产品设计之初就避免出现电磁干扰的问题，提高产品的可靠性。本书中还详细地讲解了电子产品在电磁兼容测试过程中出现的一些常见问题以及补救方法，这对没有经过电磁兼容设计的产品测试是非常有帮助的。本书可供电子爱好者、电磁兼容检测人员阅读，也可作为中高等院校电子类及相关专业的教材使用。
全书由张伯龙主编，公倩、解东艳、张校珩副主编，参加本书编写的还有张振文、张校铭、曹振华、赵书芬、王桂英、曹祥、焦凤敏、张胤涵、孔凡桂、孔祥涛、曹铮、王俊华、张伯虎、蔺书兰等。在此成书之际，向有关作者一并表示衷心感谢。
由于编者的水平有限，书中难免有不足之处，恳请广大读者批评指正（欢迎关注下方二维码交流）。

编者

张伯龙，长期从事电子技术与设计相关工作，完成了2000信号发送器电磁兼容整改项目，使该发送器顺利通过了铁道部行政许可认证检测，本人在该项目中担任项目负责人，负责项目整体规划，方案制定、电路设计等工作。
参与完成了UM71发送检测器设计开发项目，本人在该项目中负责硬件电路设计、样机试制、各种型式试验、设计验证等工作，该项目通过了北京铁路局的技术审查，被评为国内领先项目。

本书全面介绍了电磁兼容设计和测试的有关技术知识与注意事项，具体内容包括电磁兼容（EMC）标准知识、电磁兼容各项试验要求、接地设计、屏蔽设计、干扰滤波、电缆及连接器的设计、瞬态干扰抑制器件、隔离器件、产品整机及电路板设计、产品的电气设计和装配、电磁兼容故障的诊断及整改措施等。书中大量设计实例和技巧都是作者自身实践经验的总结。书中还详细讲解了电子产品在电磁兼容测试过程中出现的一些常见问题以及补救方法，可以帮助读者全面了解和掌握电磁兼容设计和测试的相关知识与技能。
本书可供电子爱好者、电磁兼容检测人员阅读，也可作为中高等院校电子类及相关专业的教材使用。

第1章电磁兼容（EMC）基础
1.1什么是电磁兼容（EMC）	1
1.2各种各样的“干扰”	1
1.3电磁兼容三要素	3
1.4什么是分贝	4
1.5天线	5
1.6电磁兼容（EMC）的标准与测试内容	6
1.6.1基础标准	6
1.6.2通用标准	7
1.6.3产品族标准	7
1.6.4专用产品标准	7
1.6.5电磁兼容标准的测试内容分类	7
1.6.6电磁兼容的试验方法	8
1.7电磁兼容试验概述	9
1.7.1通用标准中各试验端口的干扰标准	9
1.7.2通用标准中的抗扰度标准	10

第2章EMC试验项目详解
2.1辐射发射（辐射干扰）试验（30MHz～1GHz)	14
2.1.1辐射发射的试验目的	14
2.1.2主要试验设备及必备条件	14
2.1.3试验方法及试验布置	15
2.1.4试验标准限值	17
2.1.5测试案例分析	18
2.2传导干扰测试（0.15～30MHz）	19
2.2.1试验目的	19
2.2.2主要试验设备及必备条件	19
2.2.3试验方法及试验配置	20
2.2.4试验标准限值	20
2.2.5测试案例分析	21
2.3谐波电流的测试	22
2.3.1试验目的	22
2.3.2主要试验设备及必备条件	22
2.3.3试验方法及试验配置	23
2.3.4试验标准限值	23
2.4静电放电抗扰度试验	24
2.4.1试验目的	24
2.4.2主要试验设备及必备条件	25
2.4.3试验方法及试验配置	25
2.4.4试验等级	29
2.4.5试验案例	30
2.5射频辐射电磁场抗扰度试验	30
2.5.1试验目的	30
2.5.2主要试验设备及必备条件	31
2.5.3试验方法及试验配置	32
2.5.4试验等级	34
2.5.5GTEM小室	35
2.6电快速瞬变脉冲群抗扰度试验	38
2.6.1试验目的	38
2.6.2主要试验设备及必备条件	38
2.6.3试验方法及试验配置	41
2.6.4试验等级	44
2.7浪涌（冲击）抗扰度试验	44
2.8射频场感应的传导干扰抗扰度试验	45
2.9电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验	45
附录电磁兼容测试报告样本	45

第3章接地设计
3.1接地设计的作用和分类	46
3.2安全地	46
3.3信号地	49
3.4地线阻抗问题	50
3.4.1导线阻抗	51
3.4.2信号回路阻抗	52
3.5地线干扰的来源	54
3.6地线环路干扰	55
3.6.1地线环路干扰现象及成因	55
3.6.2地线环路问题的解决方案	57
3.7地线公共阻抗干扰	62
3.7.1公共阻抗干扰的成因	62
3.7.2公共阻抗干扰的解决方案	63
3.8地线设计原则	64
3.8.1单点接地	64
3.8.2多点接地	65
3.8.3混合接地	66
3.9电路板上的地线设计	67

第4章电磁屏蔽
4.1屏蔽效能	71
4.2电场屏蔽	73
4.2.1电场屏蔽原理	73
4.2.2电场屏蔽设计要点	73
4.3磁场屏蔽	74
4.3.1磁场屏蔽原理	74
4.3.2磁场屏蔽的设计要点	74
4.4电磁场屏蔽	75
4.5机壳的屏蔽设计	76
4.5.1孔洞泄漏	77
4.5.2缝隙泄漏	78
4.5.3孔缝处理	79
4.5.4电磁密封衬垫使用指导	81
4.5.5显示窗口的屏蔽设计	86
4.5.6通风孔的设计	88
4.5.7控制杆的设计	90
4.5.8导电涂覆层	90
4.5.9其他辅料	91
4.6搭接	92

第5章干扰滤波
5.1干扰滤波的作用	96
5.1.1辐射相关	96
5.1.2电快速瞬变脉冲群试验	98
5.1.3静电放电试验	98
5.2干扰电流	99
5.2.1共模干扰电流	99
5.2.2差模干扰电流	100
5.3设计电磁干扰滤波器	101
5.4滤波器设计过程中的问题	105
5.5滤波电容的选择	108
5.6绕制电感	113
5.7选择磁芯	115
5.8电源线滤波器	116
5.8.1电源干扰与电源线滤波器的作用	116
5.8.2电源线滤波器电路分析	117
5.8.3提高滤波效果	119
5.9电源线滤波器的设计及使用方法	120
5.9.1器件的使用	120
5.9.2元件布局	121
5.9.3滤波器结构设计	122
5.9.4滤波器的安装	123
5.9.5正确选用滤波器	124
5.10信号端口滤波器	126
5.11插入增益	130
5.12滤波器对脉冲干扰的抑制	131

第6章电缆及连接器的设计
6.1电缆的电磁辐射	133
6.2电缆的电磁抗扰度问题	138
6.3电缆的分布参数对电磁兼容的影响	139
6.4电缆在产品中的位置与共模电流的关系	140
6.5敏感电路及干扰源的位置与产品共模电流的关系	141
6.6电缆中共模电流的抑制	144
6.6.1减小共模电压	145
6.6.2增加共模回路阻抗	146
6.6.3共模滤波	149
6.6.4电缆屏蔽	149
6.6.5平衡电路	155
6.7电缆之间的串扰	155
6.7.1电缆串扰机理	155
6.7.2容性耦合的对策	157
6.7.3互感耦合	159
6.7.4各种电缆的分类	163
6.8电磁场对电缆的影响	164
6.8.1场与电缆之间的耦合	164
6.8.2场与电缆之间耦合的控制	165
6.8.3低频磁场与电缆之间的耦合与控制	167

第7章瞬态干扰抑制器件
7.1气体放电管	172
7.2金属氧化物压敏电阻	172
7.3瞬态电压抑制二极管（TVS管）	172
7.4固体放电管	172
7.5组合式保护器	172
7.6设计举例	172
7.6.1交流电源端口防雷和防浪涌电路设计	172
7.6.2直流电源端口防雷和防浪涌电路设计	174
7.6.3信号端口防雷和防浪涌电路设计	176

第8章隔离变压器
8.1普通隔离变压器	179
8.2带屏蔽层的隔离变压器	180
8.3超级隔离变压器	182
8.4实际安装	184

第9章整机电路及电路板的设计
9.1电源线及地线上的噪声	185
9.1.1噪声的产生	185
9.1.2抑制噪声的方法	186
9.2电路板上的干扰源	190
9.3扩谱时钟	192
9.4单层板和双层板的设计	194
9.4.1单层板	194
9.4.2双层板	194
9.4.3印制电路板设计的一般规则	195
9.4.4电路布局	195
9.4.5布线	195
9.4.6多层电路板	200
9.5关于电路设计的建议	207
9.6信号传输畸变及其解决方法	209
9.7信号线滤波	211
9.7.1信号线滤波的作用和设计方法	211
9.7.2信号线EMC滤波线路举例	211
9.8电路板互连电缆的设计	221
9.9电路板及设备上的开关触点的处理	224
9.9.1开关断开时瞬态干扰形成的原理	224
9.9.2开关切换瞬态干扰抑制	225
9.10操作按钮与电子线路配合的问题	227
9.11电路之间的耦合	228
9.12电路板的局部屏蔽	230
9.13从时序上降低电路受干扰的概率	231
9.14软件抗扰措施	232
9.14.1看门狗	232
9.14.2其他措施	233

第10章产品的电气设计和装配
10.1电气设计的原则	234
10.2元器件、电气配件的排布和安装	234
10.3排布导线	234
10.3.1排布导线注意事项	234
10.3.2汇流排的设计安装	234
10.4产品的安全性与可靠性	234
10.4.1绝缘与耐压	234
10.4.2电磁干扰与防护	234
10.4.3产品的可靠性	234
10.5机柜间电缆的处理	234

第11章电磁兼容故障的诊断及整改
11.1产品电磁兼容定性	235
11.1.1摸底试验配置	235
11.1.2定性试验配置	236
11.2产品电磁兼容故障的定位	237
11.2.1故障判断	238
11.2.2故障信号的测试	238
11.2.3故障定位的方法	239
11.2.4故障排查举例（变频调速系统）	239
11.3电磁兼容故障整改	242
11.3.1辐射发射超标	243
11.3.2传导发射超标	244
11.3.3电源谐波发射超标	246
11.3.4静电放电抗扰度不合格	246
11.3.5射频电磁场辐射抗扰度不合格	251
11.3.6电快速脉冲群抗扰度不合格	252
11.3.7浪涌（冲击）抗扰度不合格	254
11.3.8射频场感应传导抗扰度不合格	256

第12章单片机、可编程控制器及工控机的抗扰问题
12.1单片机系统的抗扰设计	258
12.1.1单片机系统的电磁干扰问题	258
12.1.2单片机系统的硬件电磁兼容设计	258
12.1.3单片机软件电磁兼容设计	258
12.2可编程控制器的抗扰问题	258
12.2.1可编程控制器的概念	258
12.2.2可编程控制器系统中的干扰来源	258
12.2.3可编程控制器系统的抗扰设计及措施	258
12.2.4可编程控制器系统中的软件抗扰措施	258
12.3工控机的抗扰问题	258
12.3.1工控机使用中的硬件抗扰措施	258
12.3.2工控机使用中的软件抗扰措施	258

第13章家用电器的电磁兼容测试及整改
13.1家用电器引起的电磁干扰	259
13.2家用电器电磁兼容测试的标准化	260
13.2.1家用电器、电动工具和类似器具的电磁发射要求	262
13.2.2家用电器、电动工具和类似器具的抗扰度要求	264
13.3电磁兼容故障整改实例	267

第14章开关电源的传导干扰
14.1开关电源认证和电磁兼容测试	268
14.2开关电源的电磁兼容试验	269
14.3开关电源的电磁干扰	270
14.3.1整流电路	271
14.3.2开关换能部分	271
14.3.3次级整流电路	271
14.3.4稳压控制电路	272
14.3.5分布电容问题	272
14.4开关电源的传导发射测试	273
14.4.1交流电源端口传导发射限值	273
14.4.2传导发射试验配置	274
14.5怎样抑制传导干扰	276
14.5.1差模滤波	276
14.5.2共模滤波分析	277
14.5.3输入滤波电路	280
14.5.4电源滤波器实际电路分析	281
14.5.5滤波电路中各元件介绍	286
14.5.6影响电磁干扰的其他因素	297

第15章汽车电子产品的电磁兼容设计
15.1车载电子、电气产品的电磁兼容问题	298
15.1.1车载电子产品的电磁兼容	298
15.1.2汽车内部的电磁环境	299
15.1.3车载电子、电气产品电磁兼容的标准化	299
15.1.4部分国家标准简介	300
15.2ISO 7637标准	302
15.2.1试验条件	303
15.2.2瞬态电压发射试验	303
15.2.3抗扰度试验	308
15.2.4不合格整改措施	323
15.3车载电子产品电磁兼容设计	324
15.3.1电磁兼容设计目的	324
15.3.2电磁兼容设计涵盖的项目	324
15.4电磁兼容设计实例	326
15.4.1行车记录仪的抗扰设计	326
15.4.2车载数字视听设备的电磁兼容设计	329
15.4.3电磁兼容其他措施	332

第16章铁路信号的电磁兼容技术
16.1信号系统电磁环境	335
16.1.1电磁环境干扰源	335
16.1.2电磁兼容与安全可靠性	336
16.1.3电气化铁路的干扰源	336
16.1.4雷电与信号防雷	344
16.2铁路信号系统电磁兼容标准	350
16.2.1国际标准	350
16.2.2国家标准对铁路信号设备电磁兼容的具体要求	357
16.3信号产品电磁兼容设计举例	362
16.3.1信号产品继电器端口防浪涌设计	362
16.3.2信号产品CAN接口防脉冲群设计	363

参考文献	364