最新的工業(yè)革命正在將越來(lái)越多的智能機(jī)器和連接系統(tǒng)集成到工廠(chǎng)，這些數(shù)量眾多的設(shè)備需要和諧地在一起運(yùn)行,，而不能產(chǎn)生可能破壞其它設(shè)備運(yùn)行的意外電磁干擾。鑒于這種系統(tǒng)及其執(zhí)行的任務(wù)日益復(fù)雜,，任何故障和停機(jī)其后果可能會(huì)導(dǎo)致昂貴的維護(hù)成本和生產(chǎn)損失,。

現(xiàn)有的電磁兼容性法規(guī)要求包括美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì) (FCC) 第 15 部分規(guī)則和條例,，以及歐盟 EMC 指令 2014/30/EU,。 FCC 將用于工業(yè)和居民住宅環(huán)境的設(shè)備分別分為 A 類(lèi)和 B 類(lèi)。雖然規(guī)則允許對(duì)某些類(lèi)型的數(shù)字工業(yè)設(shè)備進(jìn)行豁免,，但 FCC強(qiáng)烈建議制造商應(yīng)確保產(chǎn)品符合相應(yīng)技術(shù)規(guī)范,。

歐洲機(jī)械指令 2006/42/EC 要求在歐盟銷(xiāo)售的機(jī)器設(shè)備必須帶有 CE 標(biāo)志，這要求需要符合適用的相關(guān)產(chǎn)品 EMC 法規(guī),。為確保合規(guī),，制造商需要參考標(biāo)準(zhǔn)中引用的規(guī)范，其中包括 IEC 61000-6-2 和 61000-6-4，它們分別定義了工業(yè)環(huán)境中使用的電氣和電子設(shè)備電磁抗擾度和發(fā)射要求,。國(guó)際無(wú)線(xiàn)電干擾特別委員會(huì) (CISPR) 制定了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) CISPR 11,，該標(biāo)準(zhǔn)確定了工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療設(shè)備的發(fā)射限度和測(cè)量方法,。歐洲規(guī)范 EN 55011 源自 CISPR 11,，并在歐洲 EMC 指令中引用。

與安全相關(guān)的系統(tǒng)通常需要遵循更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,。 EN 62061 是功能安全通用標(biāo)準(zhǔn) IEC 61508 下的機(jī)械專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn),。在該組標(biāo)準(zhǔn)中，IEC 技術(shù)規(guī)范 IEC/TS 61000-1-2 和 IEC 61326-3-1 專(zhuān)門(mén)確定有關(guān)功能安全的 EMC 要求,。

傳導(dǎo)和輻射干擾

干擾可以存在于各種頻率范圍內(nèi),，其中包括交流線(xiàn)路頻率的諧波噪聲，最高可達(dá) 2.5kHz,，以及低頻噪聲和更高頻率的傳導(dǎo)和輻射噪聲,。雖然低頻噪聲沒(méi)有受到監(jiān)管，但對(duì)發(fā)射和敏感性均設(shè)置了限制,，包括 50/60Hz 至 2.5/3kHz 的諧波噪聲,，9kHz 至 30MHz 的傳導(dǎo)射頻噪聲，以及30MHz 至 3GHz 的輻射噪聲,。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了這些頻率范圍內(nèi)的最大允許噪聲,。圖 1 說(shuō)明了 EN 55011/CISPR 11 中規(guī)定的 150kHz 至 30MHz 傳導(dǎo)噪聲最高限值。

開(kāi)關(guān)模式電源,、開(kāi)關(guān)型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器,、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器等電子模塊可以集成到機(jī)床、自動(dòng)化和搬運(yùn)系統(tǒng)和機(jī)器人等工業(yè)設(shè)備,，對(duì)其功能至關(guān)重要,，但通常也是電磁噪聲的主要來(lái)源。這些模塊可能由設(shè)備制造商自己設(shè)計(jì)和制造,，也可能來(lái)自外部供應(yīng)商,。根據(jù)歐洲法規(guī)要求，來(lái)自外部供應(yīng)商的器件可能不符合 EMC 標(biāo)準(zhǔn),。通常情況下,，如果它們是供設(shè)備制造商或系統(tǒng)集成商使用，則制造商或集成商必須負(fù)責(zé)確保系統(tǒng)整體的 EMC 合規(guī)性,。

適用于變頻驅(qū)動(dòng)器 (VFD) 的一些法規(guī)可能有助于說(shuō)明這一點(diǎn),。EMC 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) IEC 61800-3 中涵蓋了工業(yè) VFD。確保 EMC 合規(guī)性的責(zé)任則取決于該設(shè)備是作為完整驅(qū)動(dòng)模塊 (CDM) 還是作為基本驅(qū)動(dòng)模塊 (BDM) 來(lái)銷(xiāo)售,?；掘?qū)動(dòng)模塊通常需要大量額外的工程努力才能與成品集成。在這種情況下，使用 這些BDM 的設(shè)備制造商或系統(tǒng)集成商需要進(jìn)行產(chǎn)品批準(zhǔn)程序,，包括 EMC 測(cè)試和成品設(shè)備的合規(guī)性聲明,。另一方面，對(duì)于缺乏實(shí)施 EMC合規(guī)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的用戶(hù)而言,，可以合理地要求提供完整驅(qū)動(dòng)模塊給自己使用,，因此 CDM 供應(yīng)商必須對(duì) EMC 合規(guī)性負(fù)責(zé)。

濾波器

防止設(shè)備受電磁干擾或者發(fā)出電磁干擾的常用方法是使用濾波器,，用于部署在適當(dāng)位置（例如電源輸入和輸出線(xiàn)路）以減低那些不需要頻率的信號(hào),。這些濾波器通常包括一些無(wú)源組件，它們能夠用于在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的任何特定頻率上最大程度地衰減噪聲信號(hào)的幅度,。

如圖 2(a) 所示,，為一個(gè)三相電機(jī)和其中的驅(qū)動(dòng)設(shè)備在某些頻率范圍內(nèi)可能會(huì)產(chǎn)生過(guò)多噪聲的示例?？梢砸胍粋€(gè)高通濾波器來(lái)衰減從4MHz 頻率開(kāi)始的噪聲信號(hào),，從而將發(fā)射的噪聲降低到整個(gè)頻率范圍內(nèi)規(guī)定的最大值以下，如圖 2(b) 所示,。

開(kāi)關(guān)模式電源通常會(huì)在與開(kāi)關(guān)相關(guān)的頻率上產(chǎn)生顯著噪聲,，開(kāi)關(guān)頻率通常在 100kHz 至 400kHz 范圍內(nèi)，而噪聲存在于開(kāi)關(guān)頻率的基波和諧波中,，并且可以覆蓋從 10kHz 到 50MHz 的寬泛頻譜,。開(kāi)關(guān)會(huì)產(chǎn)生電流和電壓瞬態(tài)，電壓瞬態(tài)（高 dV/dt）傾向于通過(guò)電容耦合,，而電流瞬態(tài)（高 di/dt）則通過(guò)磁性元件耦合,。其他電源噪聲源還包括由橋式整流器引起的差分模式噪聲。

電力線(xiàn)濾波器通常用于防止噪聲通過(guò)主電源線(xiàn)進(jìn)入或離開(kāi)設(shè)備,。這種類(lèi)型濾波器結(jié)合了 X 和 Y電容器來(lái)衰減差分和共模噪聲,，以及共模電感器，如圖 3 所示,。共模電感器包括兩個(gè)線(xiàn)圈,，但纏繞在一個(gè)磁芯上，從而導(dǎo)致共模電流以相反方向流動(dòng),，以產(chǎn)生大小相等但方向相反的磁通量,，從而消除共模噪聲。

X 和 Y 電容器是一種特殊類(lèi)型的盒式電容器,，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于市電供電設(shè)備,。通常，X 電容器部署在跨線(xiàn)（相到相或相到中性線(xiàn)）位置,，Y 電容器從相到地連接，如圖所示。因此,，兩個(gè)電容器之間的短路,，尤其是 Y 電容器，可能導(dǎo)致災(zāi)難性故障,，應(yīng)不惜一切代價(jià)加以避免,。這些電容器可減弱進(jìn)入設(shè)備的噪聲，并防止電源產(chǎn)生的電磁噪聲傳導(dǎo)回交流線(xiàn)路,。

X 和 Y 電容器需要能夠承受遠(yuǎn)高于標(biāo)稱(chēng)電源電壓的外加電壓,，以及由雷擊等事件導(dǎo)致的高電壓、短時(shí)瞬態(tài)等,。這種可承受高壓瞬態(tài)的能力使 EMI 電容器得名為：安規(guī)電容器,。它們還必須能夠在高溫和高濕等惡劣環(huán)境條件下以及整個(gè)工作電壓范圍內(nèi)確保穩(wěn)定的安全性和濾波機(jī)制。聚丙烯薄膜電容器的特性使這些器件成為用作 X 和 Y 濾波電容器的上佳選項(xiàng),，它們相對(duì)較低的成本和自愈特性明顯降低了短路發(fā)生的可能性,，并確保器件在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持其電容。

電容器選擇

KEMET 的 F862-V054 和 R52P 金屬化聚丙烯薄膜 X2 電容器以及 R41T Y 電容器能夠應(yīng)用于嚴(yán)苛環(huán)境,，因此適合于工業(yè)應(yīng)用,。此三款產(chǎn)品均達(dá)到 AEC–Q200汽車(chē)行業(yè)認(rèn)證要求，還符合 IEC603814-14（IIB 和 IIIB 級(jí)）,，完全可以確認(rèn)其在嚴(yán)苛環(huán)境條件下可靠運(yùn)行的能力,。 R41T 系列可用于 Y2 和 X1“線(xiàn)對(duì)地”和“跨線(xiàn)”連接，特別適用于電容器故障可能導(dǎo)致電擊危險(xiǎn)的情況（參見(jiàn)圖 4）,。

要選擇合適的電容器,，重要的是要考慮組件隨時(shí)間的性能退化，以確保在組件在預(yù)期壽命結(jié)束時(shí)仍保持足夠的電容,。組件運(yùn)行時(shí)所處的溫度,、濕度和偏壓 (THB) 等影響會(huì)導(dǎo)致組件在整個(gè)使用壽命期間出現(xiàn)電容損失。僅僅通過(guò)數(shù)據(jù)表信息很難計(jì)算出這些損耗,，為此,，KEMET 創(chuàng)建了預(yù)期壽命模型 (K-LEM) ，以幫助客戶(hù)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估,，并在 KEMET 工程中心（KEMET Engineering Center）網(wǎng)站上發(fā)布了市場(chǎng)首創(chuàng)的薄膜電容器壽命計(jì)算器（圖 5）,。

使用扼流圈抑制傳導(dǎo)輻射

根據(jù)磁芯材料選擇合適的扼流圈將有助于微調(diào)扼流圈基于頻率的阻抗（或插入損耗），這可專(zhuān)門(mén)用于減少在不需要頻率下的傳導(dǎo)噪聲,，或根據(jù)適用的傳導(dǎo)和輻射發(fā)射 EMI 規(guī)范,，在某些頻率下，其噪聲超過(guò)設(shè)定限制值,。這種扼流圈還有助于系統(tǒng)更能夠免受外部傳導(dǎo)干擾（主要是電流瞬態(tài)）影響（傳導(dǎo)抗擾度）,，這種外部傳導(dǎo)干擾可能會(huì)干擾并損壞內(nèi)部電子模塊,。

通過(guò)扼流圈的電流將直接影響扼流圈的厚度，以及由于飽和效應(yīng)導(dǎo)致的磁芯厚度,。每種磁芯材料都有自己的特征阻抗,，具體取決于頻率和飽和特性以及電流。因此,，多種多樣的磁性材料對(duì)于讓設(shè)計(jì)工程師選擇滿(mǎn)足其要求的具體解決方案非常重要,。

KEMET能夠提供共模扼流圈（1、2 和 3 相）,、差模扼流圈和雙模扼流圈的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,。雙模扼流圈是具有額外磁路（或磁鼻）的共模扼流圈，可產(chǎn)生足夠的寄生電感,，從而在共模扼流圈內(nèi)提供差模阻抗,。因此，對(duì)于某些應(yīng)用,，一個(gè)雙模扼流圈可以有效地替代兩個(gè)不同的扼流圈,。

此外，KEMET 還使用特殊的外殼和繞組技術(shù),，通過(guò)減少寄生電容來(lái)提高諧振頻率點(diǎn),，進(jìn)一步優(yōu)化熱性能和頻率覆蓋范圍。

抑制輻射影響

為了抑制設(shè)備接收到或者發(fā)出的較高調(diào)節(jié)頻率輻射干擾,，可能還需要添加適當(dāng)放置的電磁屏蔽組件,，這種屏蔽組件可以是一個(gè)磁性組件，在早期設(shè)計(jì)中集成到設(shè)備,。另一方面,，輻射干擾問(wèn)題可能出現(xiàn)在開(kāi)發(fā)的后期，而此時(shí)重新設(shè)計(jì)可能不切實(shí)際或代價(jià)太高,。在這種情況下,，KEMET 的 Flex Suppressor? 系列等靈活的 EMI 吸收材料可以提供快速而直接的解決方案。這些材料包括軟磁合金和聚合物粘合劑等復(fù)合材料,，帶有粘合劑背襯和可選的保護(hù)涂層,。這些薄片在降低GHz 頻率范圍（UHF 和 SHF 射頻范圍）內(nèi)的噪聲時(shí)特別有效。對(duì)于 VHF 和 UHF 頻率范圍,，由不同磁芯材料制成的 EMI 磁芯與不同數(shù)量的導(dǎo)線(xiàn)匝數(shù)相結(jié)合,，可以在輻射頻譜中幫助達(dá)到滿(mǎn)意的插入損耗。

結(jié)論

在工業(yè)領(lǐng)域,，設(shè)備制造商,、系統(tǒng)集成商以及電源（PSU）或驅(qū)動(dòng)器供應(yīng)商需要了解他們?cè)?EMC 測(cè)試和產(chǎn)品一致性方面需要擔(dān)負(fù)的責(zé)任，許多已經(jīng)確定的法規(guī)詳細(xì)說(shuō)明了標(biāo)準(zhǔn)和所適用的測(cè)試要求,。通過(guò)在電源線(xiàn)等位置增加合適的濾波器,，可衰減高達(dá) 30 MHz 的傳導(dǎo)噪聲,，聚丙烯薄膜 X 和 Y 電容器以及磁扼流圈通常可用于這些應(yīng)用,。此外,，還需要能夠處理頻率高于 30MHz 輻射噪聲源的解決方案,，特殊的抑制材料能夠有效吸收來(lái)自不需要頻率的能量,，并且可以在開(kāi)發(fā)過(guò)程中任何階段使用。