最新的工業革命正在將越來越多的智能機器和連接系統集成到工廠，這些數量眾多的設備需要和諧地在一起運行，而不能產生可能破壞其它設備運行的意外電磁干擾。鑒于這種系統及其執行的任務日益復雜，任何故障和停機其后果可能會導致昂貴的維護成本和生產損失。

現有的電磁兼容性法規要求包括美國聯邦通信委員會 (FCC) 第 15 部分規則和條例，以及歐盟 EMC 指令 2014/30/EU。 FCC 將用于工業和居民住宅環境的設備分別分為 A 類和 B 類。雖然規則允許對某些類型的數字工業設備進行豁免，但 FCC強烈建議制造商應確保產品符合相應技術規范。

歐洲機械指令 2006/42/EC 要求在歐盟銷售的機器設備必須帶有 CE 標志，這要求需要符合適用的相關產品 EMC 法規。為確保合規，制造商需要參考標準中引用的規范，其中包括 IEC 61000-6-2 和 61000-6-4，它們分別定義了工業環境中使用的電氣和電子設備電磁抗擾度和發射要求。國際無線電干擾特別委員會 (CISPR) 制定了國際標準 CISPR 11，該標準確定了工業、科學和醫療設備的發射限度和測量方法。歐洲規范 EN 55011 源自 CISPR 11，并在歐洲 EMC 指令中引用。

與安全相關的系統通常需要遵循更嚴格的標準和規范。 EN 62061 是功能安全通用標準 IEC 61508 下的機械專用標準。在該組標準中，IEC 技術規范 IEC/TS 61000-1-2 和 IEC 61326-3-1 專門確定有關功能安全的 EMC 要求。

傳導和輻射干擾

干擾可以存在于各種頻率范圍內，其中包括交流線路頻率的諧波噪聲，最高可達 2.5kHz，以及低頻噪聲和更高頻率的傳導和輻射噪聲。雖然低頻噪聲沒有受到監管，但對發射和敏感性均設置了限制，包括 50/60Hz 至 2.5/3kHz 的諧波噪聲，9kHz 至 30MHz 的傳導射頻噪聲，以及30MHz 至 3GHz 的輻射噪聲。

國際標準規定了這些頻率范圍內的最大允許噪聲。圖 1 說明了 EN 55011/CISPR 11 中規定的 150kHz 至 30MHz 傳導噪聲最高限值。

開關模式電源、開關型 DC/DC 轉換器、電機和驅動器等電子模塊可以集成到機床、自動化和搬運系統和機器人等工業設備，對其功能至關重要，但通常也是電磁噪聲的主要來源。這些模塊可能由設備制造商自己設計和制造，也可能來自外部供應商。根據歐洲法規要求，來自外部供應商的器件可能不符合 EMC 標準。通常情況下，如果它們是供設備制造商或系統集成商使用，則制造商或集成商必須負責確保系統整體的 EMC 合規性。

適用于變頻驅動器 (VFD) 的一些法規可能有助于說明這一點。EMC 產品標準 IEC 61800-3 中涵蓋了工業 VFD。確保 EMC 合規性的責任則取決于該設備是作為完整驅動模塊 (CDM) 還是作為基本驅動模塊 (BDM) 來銷售。基本驅動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 的設備制造商或系統集成商需要進行產品批準程序，包括 EMC 測試和成品設備的合規性聲明。另一方面，對于缺乏實施 EMC合規專業知識的用戶而言，可以合理地要求提供完整驅動模塊給自己使用，因此 CDM 供應商必須對 EMC 合規性負責。

濾波器

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

如圖 2(a) 所示，為一個三相電機和其中的驅動設備在某些頻率范圍內可能會產生過多噪聲的示例。可以引入一個高通濾波器來衰減從4MHz 頻率開始的噪聲信號，從而將發射的噪聲降低到整個頻率范圍內規定的最大值以下，如圖 2(b) 所示。

開關模式電源通常會在與開關相關的頻率上產生顯著噪聲，開關頻率通常在 100kHz 至 400kHz 范圍內，而噪聲存在于開關頻率的基波和諧波中，并且可以覆蓋從 10kHz 到 50MHz 的寬泛頻譜。開關會產生電流和電壓瞬態，電壓瞬態（高 dV/dt）傾向于通過電容耦合，而電流瞬態（高 di/dt）則通過磁性元件耦合。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。

電力線濾波器通常用于防止噪聲通過主電源線進入或離開設備。這種類型濾波器結合了 X 和 Y電容器來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線圈，但纏繞在一個磁芯上，從而導致共模電流以相反方向流動，以產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型的盒式電容器，專門設計用于市電供電設備。通常，X 電容器部署在跨線（相到相或相到中性線）位置，Y 電容器從相到地連接，如圖所示。因此，兩個電容器之間的短路，尤其是 Y 電容器，可能導致災難性故障，應不惜一切代價加以避免。這些電容器可減弱進入設備的噪聲，并防止電源產生的電磁噪聲傳導回交流線路。

X 和 Y 電容器需要能夠承受遠高于標稱電源電壓的外加電壓，以及由雷擊等事件導致的高電壓、短時瞬態等。這種可承受高壓瞬態的能力使 EMI 電容器得名為：安規電容器。它們還必須能夠在高溫和高濕等惡劣環境條件下以及整個工作電壓范圍內確保穩定的安全性和濾波機制。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，它們相對較低的成本和自愈特性明顯降低了短路發生的可能性，并確保器件在較長時間內保持其電容。

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 電容器能夠應用于嚴苛環境，因此適合于工業應用。此三款產品均達到 AEC–Q200汽車行業認證要求，還符合 IEC603814-14（IIB 和 IIIB 級），完全可以確認其在嚴苛環境條件下可靠運行的能力。 R41T 系列可用于 Y2 和 X1“線對地”和“跨線”連接，特別適用于電容器故障可能導致電擊危險的情況（參見圖 4）。

要選擇合適的電容器，重要的是要考慮組件隨時間的性能退化，以確保在組件在預期壽命結束時仍保持足夠的電容。組件運行時所處的溫度、濕度和偏壓 (THB) 等影響會導致組件在整個使用壽命期間出現電容損失。僅僅通過數據表信息很難計算出這些損耗，為此，KEMET 創建了預期壽命模型 (K-LEM) ，以幫助客戶進行準確評估，并在 KEMET 工程中心（KEMET Engineering Center）網站上發布了市場首創的薄膜電容器壽命計算器（圖 5）。

使用扼流圈抑制傳導輻射

根據磁芯材料選擇合適的扼流圈將有助于微調扼流圈基于頻率的阻抗（或插入損耗），這可專門用于減少在不需要頻率下的傳導噪聲，或根據適用的傳導和輻射發射 EMI 規范，在某些頻率下，其噪聲超過設定限制值。這種扼流圈還有助于系統更能夠免受外部傳導干擾（主要是電流瞬態）影響（傳導抗擾度），這種外部傳導干擾可能會干擾并損壞內部電子模塊。

通過扼流圈的電流將直接影響扼流圈的厚度，以及由于飽和效應導致的磁芯厚度。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于讓設計工程師選擇滿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準產品。雙模扼流圈是具有額外磁路（或磁鼻）的共模扼流圈，可產生足夠的寄生電感，從而在共模扼流圈內提供差模阻抗。因此，對于某些應用，一個雙模扼流圈可以有效地替代兩個不同的扼流圈。

此外，KEMET 還使用特殊的外殼和繞組技術，通過減少寄生電容來提高諧振頻率點，進一步優化熱性能和頻率覆蓋范圍。

抑制輻射影響

為了抑制設備接收到或者發出的較高調節頻率輻射干擾，可能還需要添加適當放置的電磁屏蔽組件，這種屏蔽組件可以是一個磁性組件，在早期設計中集成到設備。另一方面，輻射干擾問題可能出現在開發的后期，而此時重新設計可能不切實際或代價太高。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合材料，帶有粘合劑背襯和可選的保護涂層。這些薄片在降低GHz 頻率范圍（UHF 和 SHF 射頻范圍）內的噪聲時特別有效。對于 VHF 和 UHF 頻率范圍，由不同磁芯材料制成的 EMI 磁芯與不同數量的導線匝數相結合，可以在輻射頻譜中幫助達到滿意的插入損耗。

結論

在工業領域，設備制造商、系統集成商以及電源（PSU）或驅動器供應商需要了解他們在 EMC 測試和產品一致性方面需要擔負的責任，許多已經確定的法規詳細說明了標準和所適用的測試要求。通過在電源線等位置增加合適的濾波器，可衰減高達 30 MHz 的傳導噪聲，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自不需要頻率的能量，并且可以在開發過程中任何階段使用。