電磁相容性

電磁相容性或電磁相容（electromagnetic compatibility，縮寫為 EMC）是在電學中研究意外電磁能量的產生、傳播和接收，以及這種能量所引起的有害影響。電磁相容的目標是在相同環境下，涉及電磁現象的不同裝置都能夠正常運轉，而且不對此環境中的任何裝置產生難以忍受的電磁幹擾之能力。

為了取得以上目標，電磁相容主要包含以下議題：發射，即減少意外電磁能量的產生和抑制這種能量向外傳播；易感性，即在電磁干擾存在的情況下如何讓電子和電氣裝置正常運轉。因此電磁相容涵蓋電磁幹擾（electromagnetic interference, EMI）和電磁耐受性（electromagnetic susceptibility, EMS）；電磁幹擾為電磁場伴隨著電壓、電流的作用而產生，電磁耐受性為產品在使用過程中不受周遭電磁環境影響的能力。

當研究導向結構（如電線、電纜、印刷電路板線路）的電磁干擾傳播問題時，需要考慮傳導 conducted 發射和其易感性問題；而研究開放空間電磁干擾的傳播問題時，則需要考慮輻射發射和其易感性問題。

歷史

過去在軍事領域之外，對於電磁相容性的研究並不嚴謹，而且大多數裝置製造商並不關心電磁相容性問題。但隨著使用更低訊號電壓的現代數字裝置的時鐘頻率迅速增高，電磁相容性問題變得越來越重要。許多國家意識到這個問題，並對相關裝置製造商頒佈了政令，要求只有滿足基本條件的裝置才能夠銷售。

各國的相應的組織機構開始制定標準並維護政府指令，其中較為知名的國家組織有：美國的 FCC、歐洲的 CEN、CENELEC 和 ETSI 及英國的 BSI。還有眾多國際組織致力於 “推進各項標準化問題的國際合作”，當然也包含電磁相容性標準。

其中最重要國際組織是國際電工委員會（International Electrotechnical Commission，IEC），它擁有多個電磁相容性問題的全職分會。在 IEC 中協調這些分會的是 ACEC，電磁相容性問題的顧問委員會。

幹擾的形成

2.1 幹擾源與受幹擾源

無論何種情況下電磁相容的問題出現總是存在兩個互補的方面：
一個是幹擾發射源和一個為此幹擾敏感的受幹擾裝置。
如果一個幹擾源與受幹擾裝置都處在同一裝置中稱為系統內部的 EMC 情況。
不同裝置間所產生的幹擾狀況稱為系統間的 EMC 情況。
大多數的裝置中都有類似天線的特性的零件如電纜線、電路板佈線、內部配線、機械結構等這些零件透過電路相耦合的電場、磁場或電磁場而將能量轉移。
實際情況下，裝置間和裝置內部的耦合受到了遮蔽與絕緣材料的限制，而絕緣材料的吸收與導體相比的影響是微不足道的。
電纜線對電纜線的耦合既可以是電容性，也可以是電感性，並且取決於方位、長度及接近程度的影響。

2.2 公共阻抗的耦合

公共阻抗耦合線路是幹擾源與受幹擾裝置共用電路阻抗所引起的。
公共導線也因兩個電流環之間的互感而引起或因兩個電壓節點之間的互容耦合而引起。
對於傳導性的公共阻抗耦合的解決是將連線線分離使系統各自獨立避免形成公共阻抗。

2.3 發射

來自電路板的發射：在大多數裝置中主要的電流源是流入電路板上的電路中，這些能量藉由電路所形成的天線而將幹擾輻射出去。
來自電纜線的輻射：幹擾電流以共模形式產生於在電路板和裝置內部其他位置形成的對地雜訊並沿著導體或者遮蔽電纜的遮蔽層流動。
傳導發射：幹擾也可能從其他電纜以感性或容性方式偶合到電纜線上。
產生的幹擾可能以差模在（火線與中線或在訊號線之間）或共模（在火線、中線、訊號線與接地間）或者以二者的混合形式出現。
對於電源部埠需要測量每一個相線 / 中線與在電源電纜遠端地之間的電壓。
差模發射通常與來自電源的低頻開關雜訊聯絡在一起。
共模發射則是由於更高頻率的開關元件、內部電路源或電纜的內部偶合引起的。
電路的分佈電容分佈廣泛。若沒有遮蔽物體的話，取決於與其他物體接近的程度。由於周圍環境有較高的電容，部分遮蔽的機殼實際上會使耦合更加嚴重惡化。

EMC 對策

由於微電腦的依存度正不斷提高，裝置的大量使用，使我們的電磁環境複雜化，因此外來的幹擾如脈衝雜訊、放射電磁場、靜電、雷擊、電壓變動等，所引發的誤動作產生當機甚至破壞的情形，如無線電的通訊、雷達、大哥大、電視遊樂器⋯⋯等，往往幹擾到電視，甚至於造成醫療器材使用中的誤動作，影響到飛航的安全。

國際上對於電子、電器、工業裝置產品的抗擾性測試日漸重視，且趨向整合以 IEC 國際規格為測試標準，歐

洲共同體率先制定 EMC 防治法規，於 1996 年起全面實施抗擾測試。

3.1 電源方面

三相入力電源在 NFB（無熔絲斷路器）與變壓器間裝雜訊濾波器，此濾波器的輸入線愈短愈好。
電源及大電流導線緊貼電氣箱之底部，並沿著邊角佈線。
開關式電源供應器加裝隔離罩以防輻射性發射干擾，濾波器選用器選用 π 型或 T 型可抑制寬波段雜訊，陶鐵磁體材質可抑制射頻雜訊。
電源線兩端考慮採隔離接地，以免接地迴路形成共同阻抗耦合而將雜訊耦合至訊號線。
電源線與訊號線儘量採用隔離或分開配線。
電源變壓器應加遮蔽，外殼須接地良好。
單相 AC 控制線建議採用絞線。
直流導線建議使用絞線來配線。
避免將電源與訊號線接至同一接頭。

3.2 訊號埠連線線方面

訊號輸入線與輸出線應避免排在一起造成串擾幹擾。
訊號輸出入線應避免跨過積體電路板或敏感區域以避免幹擾。
連線埠線如有剩餘不用之線，需單端接地以避免形成感應迴路。
訊號線考慮採用絞合 / 絞線（Twist）, 確保有穩定的參考層與線阻抗。
不同工作頻率或類比 / 數位等差異別的訊號線避免混雜接在一個連線頭上，宜按類別分類並加地線隔離。
輸入訊號線與輸出線儘量避免同在一個接頭上，如不能避免時應將輸入與輸出訊號錯開。
敏感性較高之低準位訊號線，除採用絞線外可加隔離遮蔽。

3.3 模擬訊號方面

高頻的類比訊號及脈波訊號線建議採用隔離線。
高頻類比訊號線採用同軸式隔離線，低頻之類比訊號線採用絞線，必要時可外加隔離遮蔽，絕不可使用同軸隔離線。
連線頭安裝位置須清潔處理，接頭及金屬面的接觸電阻須小於 2.5m 歐姆。
類比電路幹擾以波形失真為主，抑制方法主要在濾波器選用的特性，例如；頻寬、頻率響應值。
類比訊號線與數位排線必須相互垂直。

3.4 數位訊號

避免使用未隔離遮蔽的導線來傳送數位訊號，宜使用多股絞線外加隔離線。
數位電路幹擾以外在磁場幹擾為主，應加隔離措施。
數位電路易受高能電場幹擾，須使用隔離線隔離，以能防止 1∼10MHz 頻段之高能電場 200V/m 幹擾為最佳遮蔽選擇。
數位電路以抑制鄰近電路脈波與尖波幹擾為主。
數位電路傳送避免使用過長且未加隔離之導線。

3.5 電路設計方面

具幹擾性的迴路，如時脈、驅動器、交換式電源切換、振盪器式控制訊號，應加隔離遮蔽。
電路設計儘可能選用低雜訊零元件，且須考慮雜訊變化與環境溫度變化之關係。
陶鐵磁體鐵芯適用於高頻濾波，但須注意經由此線圈負載功率損耗。
穩壓器須考慮抑制線路間共通阻抗耦合問題。
振盪器本身輸出越小越好，如須要較大輸出，宜由放大器放大。
功率放大應予隔離以防止輻射性發射。
電解質電容器適於清除高漣波及暫態電壓變化。
動力線的幹擾有低壓（或瞬間斷電）超壓及突波，這些幹擾通常來自於電力開關的動作、重負載的開與關之瞬間、功率半導體動作、保險絲燒斷時、雷電感應… 等。
須考慮下述專案來抑制：
#使用電源濾波器。
#適當的電力分配。
#受幹擾的裝置改用另一電路。
#將電子零件及濾波器適當的包裝。
#使用隔離變壓器。
#裝置壓敏電阻。
交流電磁接觸器線圈、電磁閥，皆須聯結火花消除器。
電磁開關之熱電驛輸出側須聯結三相火花消除器。
直流繼電器線圈聯結二極體，以供反相電壓保護。
火花消除器距離負載側愈近愈好。
把突波吸收器裝於電路開關和雜訊濾波器之間，線與線間，線與接地之間，將能有效吸收突波。

3.6 配電箱設計

配電箱採用金屬製，如焊接技術沒有問題（不會變形），採用接縫全焊方式，假使無法全焊接合面的空隙儘可能縮小。假使配電箱是用螺絲組立方式，須把接觸的面漆刮掉，以便取得較佳的導電性。
配電箱難免會開孔來做電纜線的出入口，電波會透過這些孔就無法透過測試，因此開孔應儘可能的縮小，沒有使用到的孔須用金屬做的蓋子蓋起來，金屬與金屬的接觸面漆須刮掉，且須用工業環境用的導電墊片。
配電箱的門在關閉時，和配電箱本體的接觸面，須用工業環境用的導電墊片，使其緊密的接觸，如基於成本的考慮可用分佈緊湊的間距採用固定式的螺絲鎖緊。
配電箱門須留接地用的端點，接地面必須防漆。