在各種應用中的EMI輻射發射限制

許多國家皆對電子設備的使用者提供輻射發射的保護法規、限制範圍和安全等級，而電源轉換器供應商也提出產品設計對策來減少輻射發射數值，以下將介紹輻射發射的測試環境以及應用在多媒體、工業、交通和照明設備的各種認證機構的輻射標準。

 

緒論

電子產品通電後因電磁感應產生電磁波對附近電子設備造成電磁干擾(Electromagnetic Interference, EMI)，其可能從多種來源以及不同路徑來影響，例如車輛經過商辦大樓或電信公司時，車外的廣播天線發出的無線電訊號可能會影響汽車內的接收器功能。以下對EMI來源進行分類，

• 人為發生: 通常來自其他電子電路，例如持續發射電磁波的設備，像是無線手機、雷達等無線電裝置；電路內部高電流變化率(di/dt)易造成磁場變化，低頻和高頻雜訊皆耦合到電壓源。
• 自然發生: 通常是大自然的事件，例如雷擊產生的電磁輻射、大氣層的干擾，皆會影響軍用飛機或飛彈發射等等。

還可以根據寬帶對不同類型的輻射干擾進行分類，

• 窄帶:此形式為單一波源，可能從某一種設備產生，例如無線電發射器。
• 寬帶: 此形式為多種波源，人為寬帶來源可能是不斷產生火花的電弧焊機或設備故障引起許多頻率無線電訊號。

圖1顯示輻射發射來源，其天線與電子設備之間的距離為d，電子設備人為輻射能量ERH和閃電自然輻射能量ERN，兩者會傳至四面周圍，而天線收到的輻射干擾強度將正比於ERH和ERN，反比於d。

 

對於工業、醫療或是鐵道各個應用的法規，公司採用專業設備來測試每一個電源轉換器的EMI是否通過標準，因此使用者可以選擇擁有通過國際標準認證的電源轉換器才能確保電子設備能夠減少電磁干擾的影響。此篇的重點在於輻射發射的實驗環境與注意事項，並且涉及各應用的輻射發射的 EMI 標準，特別是與汽車、資訊和工業應用相關的標準。

 

輻射發射測試

輻射發射是指裝置所產生的部分電磁能量，透過磁耦合或電容耦合回送電源的電磁干擾程度，其頻率範圍在30MHz-1000MHz。由於電源供應電路會連接到許多敏感電路，因此正確的量測電磁干擾-輻射是非常重要的。

輻射發射測試需在沒有電氣干擾的環境中進行，例如半電波暗室(SAC)或開放測試場(OATS)。半電波暗室的構造包含吸波材料、非導電待測物轉台、電源供應器、前置放大器、頻譜分析儀、EMI接收器以及寬帶天線。量測環境圖如下，待測物放在參考接地平面上方0.8m的絕緣轉台上，例如乾燥木頭桌，並且放置在距帶寬天線3m/10m處，接收天線安裝在天線塔上並在地平面上方1m到4m之間調整高度，經由前置放大器放大訊號再送到EMI接收器。校準帶寬天線配置為水平極化(通過平行於地平面)與垂直極化(相對於地平面旋轉90度)均檢測30MHz至1GHz的發射訊號。量測期間，透過待測物在轉台上旋轉360度，從各種方向找出最大輻射電磁量，透過改變天線與待測物的角度接收到最大輻射量。

SAC的四周牆壁和天花板都覆蓋吸收材料，而地板多半採用塑料地板，當進行輻射發射測試時，待測物發出的電磁能會從地面反射到天線，這更接近於實際情況。

 

應用標準

許多國際標準都有規定輻射發射的限制，以防止電磁干擾過大。這些標準主要根據終端產品的運作環境而有所不同，例如在醫療、汽車的應用以及住宅、工業環境的不同標準。以下讓使用者更了解各種應用的輻射發射標準。

• 汽車

汽車系統使用大量微處理器、射頻發射器與接收器，和電力驅動系統。電子設備同時運作時，EMI輻射勢必會相互干擾而造成控制訊號不穩定的危險性。因此，評估汽車電動機的輻射發射是需要受高度關注。

1. UNECE Regulation 10

聯合國經濟歐洲委員會 (UNECE) 法規 10 修訂版 5(簡稱R10.05)將車輛的輻射發射測試分為兩個部分: 寬帶(BB)和窄帶(NB)。

寬帶發射，顧名思義是干擾發生在很寬的頻率範圍內。車輛上的寬帶發射有多種不規則的開關系統產生，例如電機系統包含冷卻風扇和空調；高功率切換系統包含車載電池充電裝置。

窄帶發射，顧名思義是干擾在特定窄小頻率範圍內，典型來源有微處理器時脈和切換式DC-DC轉換器

假設分辨率帶寬 (Resolution Bandwidth, RBW) 為 120kHz，在30MHz 至1GHz 的適用頻率範圍內分別使用準峰值(QPK) 和平均(AVG) 偵測器測量BB 和NB 輻射發射限值。

圖3(a)的量測結果是帶測物離天線之間距離10m，假若天線位於 3m 處進行車輛測試，則需要額外加上 10dB。

         2. CISPR 12 和CISPR 25

國際無線電干擾特別委員會CISPR制定輻射發射量的限制和程序，以分別保護車內與車外的接收器。評估產品的測試方法時，了解使用哪個標準是非常重要的，以CISPR 12和CISPR 25為例子，CISPR 12的輻射發射是為了保護汽車體外的接收器，以確保當駕駛汽車經過房屋時，車輛外面的接收器不受影響；CISPR 25的輻射發射是為了保護汽車體內的接收器，該測試是天線連線到車載接收器(例如AM/FM 收音機或GPS) 進行的整車輻射發射。

• 資訊和多媒體

國際無線電干擾特別委員會宣布CISPR 32規定的輻射發射只適用於額定交流或直流電源電壓不得超過600V的多媒體設備，其中包含音頻、廣播接收器、娛樂燈光控制器等等，但不適用無線電發射機的傳輸。目前CISPR 22/EN 55022被歸入CISPR 32/EN 55032，此為IT和多媒體電磁干擾的新產品系列標準，而後在歐盟銷售的產品必須滿足CISPR 32/EN 55032的要求。CISPR 32/EN 55032根據產品使用環境的類型將標準分為兩類，主要用於住宅環境的任何設備都必須符合 B 類限制；所有其他設備必須符合A類限制。

 

•  

• 工業、科學和醫療

 

CISPR 11 是工業、科學和醫療 (ISM) 射頻設備 EMI 干擾限制和測量方法，涵蓋 9kHz 至 400GHz 頻率範圍內的射頻干擾相關的發射要求，其適用於各種電子設備包括無線功率傳輸 (WPT) 充電設備、Wi-Fi 系統、微波烹飪設備和電弧焊機。CISPR 11 將設備分為兩大類，組別一的ISM設備包含自己生成或由電感和/或電容耦合的形式產生的射頻能量，此為設備自身需要的訊號；組別二的ISM設備是自己生成並且使用在訊號處理或資料分析上。

對於這兩組別，CISPR 11 制定了兩個設備類別：

1. A類: 允許安裝除了住宅區域以外的所有地方的所有 ISM 設備，可以根據製造商的規定於測試現場或安裝現場進行測量。

2. B類: 適合住宅內使用的 ISM 設備，需要在測試現場進行測量。

總結前述的各項國際規範，如下表所示。

表1.各應用的輻射發射標準

Market	Equipment Type	Standard
		IEC/ CISPR	EN
ISM	Industry, Science, Medical	CISPR11	EN55011
Vehicles, boats & devices with internal combustion engines	On-board Receivers	CISPR25	EN55025
	Off-board Receivers	CISPR12	EN55012
Multimedia		CISPR32	EN55032
Household	Electrical Equipment	CISPR14-1	EN55014-1
Lighting	Lamps	CISPR15	EN55015

 

結論

每個電子設備在正常運作期間都可能產生電磁輻射干擾，在設計產品階段期間，透過半電波暗室的專業儀器測量電源轉換器，能夠事先知道電源轉換器外機殼產生的EMI輻射發射量有沒有符合汽車、資訊多媒體和工業應用的各種法規標準。

 

 

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