傳導(dǎo)騷擾超標(biāo)的幾種常用整改方法

文 | 賽寶質(zhì)量安全檢測(cè)中心 郭遠(yuǎn)東

傳導(dǎo)騷擾超標(biāo)的幾種常用整改方法

文 | 賽寶質(zhì)量安全檢測(cè)中心 郭遠(yuǎn)東

本文針對(duì)EMC測(cè)試中常見的傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試，結(jié)合幾個(gè)實(shí)際的產(chǎn)品整改案例，歸納思路，總結(jié)傳導(dǎo)測(cè)試不合格的整改方法，試圖找出深層、較為共性的原因，為企業(yè)在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和通過測(cè)試時(shí)提供參考。

電磁兼容；傳導(dǎo)發(fā)射；開關(guān)電源；濾波；騷擾路徑

前言

傳導(dǎo)測(cè)試在電磁兼容測(cè)試中很常見，在實(shí)際工作中，發(fā)現(xiàn)很多廠家對(duì)于傳導(dǎo)測(cè)試超標(biāo)感到一籌莫展。本文試圖從探討傳導(dǎo)測(cè)試超標(biāo)的原因講起（主要針對(duì)電源端口），并列舉一些常見的整改傳導(dǎo)超標(biāo)的實(shí)用方法，給廣大廠家在整改傳導(dǎo)時(shí)提供一些參考。

1.導(dǎo)測(cè)試為什么會(huì)超標(biāo)

傳導(dǎo)發(fā)射，是一種沿電源、控制線或信號(hào)線傳輸?shù)碾姶虐l(fā)射，本文重點(diǎn)討論沿電源線傳輸?shù)碾姶虐l(fā)射，對(duì)于沿信號(hào)線或控制線傳輸?shù)碾姶鸥蓴_，可以采用近似的思路進(jìn)行分析。

傳導(dǎo)測(cè)試超標(biāo)的原因有很多，樣機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、接地設(shè)計(jì)，以及一些關(guān)鍵元器件的選擇，都會(huì)直接影響傳導(dǎo)測(cè)試結(jié)果。結(jié)合三要素法，首先要找到樣機(jī)內(nèi)能夠使樣機(jī)傳導(dǎo)測(cè)試失效的源頭，然后針對(duì)不同的干擾源，采取分析源特性——判斷干擾傳輸路線——采取相應(yīng)措施的方法，是一定能解決問題的。

圖1很清晰地標(biāo)示了多數(shù)情況下，樣機(jī)內(nèi)部所有可能的干擾源，以及干擾是如何傳播和傳輸?shù)摹Ｔ诤芏嗲闆r下，被測(cè)樣機(jī)使用的是開關(guān)電源，而開關(guān)電源中的開關(guān)電路主要由開關(guān)管和高頻變壓器組成，它產(chǎn)生的尖峰電壓為有較大輻度的窄脈沖，頻帶較寬且諧波豐富。對(duì)于樣機(jī)內(nèi)部使用的數(shù)字電路，其產(chǎn)生的干擾源頻率通常較高，如果樣機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，或者沒有采取有效的抑制手段，干擾可以通過近場(chǎng)輻射或者耦合的方式，傳輸?shù)诫娫淳€上，然后再傳輸?shù)絃ISN，被接收機(jī)捕獲。對(duì)于樣機(jī)內(nèi)部更高頻率的干擾，其主要傳播方式為自由空間中的平面波，這時(shí)需要進(jìn)行輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試才能判斷樣機(jī)的EMC性能。

開關(guān)電源的原理本文不再?gòu)?fù)述。開關(guān)電源的工作頻率一般都在20KHz以上，電源線路內(nèi)的dv/dt、di/dt很大，產(chǎn)生很大的浪涌電壓、浪涌電流和其它各種電磁騷擾。下面結(jié)合一張典型的開關(guān)電源電路圖（圖2），來分析開關(guān)電路中電磁騷擾產(chǎn)生的主要原因：

（1）開關(guān)管負(fù)載為高頻變壓器初級(jí)線圈，是感性負(fù)載。在開光管導(dǎo)通瞬間，初級(jí)線圈產(chǎn)生很大的涌流，并在初級(jí)線圈的兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓；在開關(guān)管斷開瞬間，由于初級(jí)線圈的漏磁通，致使一部分能量沒有從一次線圈傳輸?shù)蕉尉€圈，儲(chǔ)藏在電感中的這部分能量將和集電極電路中的電路、電阻形成帶有尖峰的衰減振蕩，疊加在關(guān)斷電壓上，形成關(guān)斷電壓尖峰。這種電源電壓中斷會(huì)形成與初級(jí)線圈接通時(shí)一樣的沖擊電流瞬變，這個(gè)產(chǎn)生會(huì)傳導(dǎo)到輸入/輸出端，形成傳導(dǎo)騷擾。

（2）脈沖變壓器初級(jí)線圈，開關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的高頻開關(guān)電流環(huán)路可能會(huì)產(chǎn)生較大的空間輻射，形成輻射騷擾。如果電容濾波容量不足或高頻特性不好，電容上的高頻阻抗會(huì)使高頻電流以差模形式傳導(dǎo)到交流電源中形成傳導(dǎo)騷擾。同時(shí)變壓器的初、次級(jí)之間存在分布電容，使得初級(jí)回路中產(chǎn)生的騷擾向次級(jí)回路傳遞，一方面加大騷擾傳遞環(huán)路，另一方面將有更多的電流流入LISN，從而進(jìn)一步惡化樣機(jī)的EMI特性。

將上述的騷擾傳遞路徑以示意圖的形式給出如圖3所示。

對(duì)于由數(shù)字電路或者其他窄帶干擾源而引起的傳導(dǎo)測(cè)試超標(biāo)，常見的是由公共阻抗、不良接地和近場(chǎng)耦合這些方式引起。在高頻情況之下，電路因?yàn)榇嬖诜植紖?shù)將會(huì)變得復(fù)雜，但是這時(shí)的分析方法和剛才分析開關(guān)電源的思路基本一致，只要能夠在電路中找出所有可能的干擾傳播途徑，那么問題將會(huì)迎刃而解。

2.些典型案例的處理方法

案例一：上面圖2給出的開關(guān)電源，實(shí)際的傳導(dǎo)測(cè)試曲線如圖4所示。

整改方法：

(1) 將X電容（C1）加大到0.47μF

(2) 將共模電感L2的電感量加大到16mH

重測(cè)，該開關(guān)電源傳導(dǎo)測(cè)試通過。對(duì)于開關(guān)電路引起的傳導(dǎo)測(cè)試超標(biāo)，一個(gè)較為直接的整改思路是加強(qiáng)電源輸入端口的濾波。X電容用來消除差模干擾；共模電感主要用來消除共模干擾，同時(shí)對(duì)減小差模干擾也有一定的幫助。

案例二：某開關(guān)電源傳導(dǎo)測(cè)試曲線如圖5所示。

整改方法：

發(fā)現(xiàn)該開關(guān)電源使用了不帶屏蔽層的變壓器，選用帶屏蔽層的變壓器，將屏蔽層接至變壓器的初級(jí)地，重測(cè)合格。

分析：結(jié)合圖3的開關(guān)電源騷擾傳遞示意圖，可以看出，由于初級(jí)線圈和次級(jí)線圈間存在耦合電容，開關(guān)電源變壓器初級(jí)的共模噪聲可以向次級(jí)傳遞，這是開關(guān)電源產(chǎn)品EMI問題的一個(gè)主要原因。為截?cái)噙@種騷擾傳遞的路徑，一種行之有效的方法是：在繞制變壓器時(shí)，在初級(jí)與次級(jí)之間加上屏蔽層，并接至初級(jí)地。屏蔽層的電位為零，騷擾傳遞到屏蔽層時(shí)，又被引回到初級(jí)。這種做法有點(diǎn)類似于“靜電屏蔽”。

案例三：某高頻無極燈（工作頻率2.56MHz）的傳導(dǎo)測(cè)試曲線如圖6所示。

整改方法：

(1) 調(diào)整輸入電路中EMI濾波器件的參數(shù)，同時(shí)選用四槽的共模扼流圈（高頻特性好）

(2) 無極燈燈管的金屬底座與高頻發(fā)生器的接地點(diǎn)相連

(3) 切斷電源接地點(diǎn)——高頻發(fā)生器外殼接地點(diǎn)A——高頻發(fā)生器金屬外殼——高頻發(fā)生器外殼接地點(diǎn)B——電源接地點(diǎn)這個(gè)大的環(huán)路

(4) 在電源輸入線上加套磁環(huán)

分析：對(duì)于樣機(jī)內(nèi)部高頻信號(hào)產(chǎn)生的干擾，首先需要合理選用組成電源輸入端濾波電路的元件。本案例中選用的四槽共模扼流圈，由于其匝間分布電容比普通的兩槽線圈要小得多，所以其高頻特性也相對(duì)較好。其次，處理這種高頻信號(hào)及其諧波造成的測(cè)試超標(biāo)，還要仔細(xì)觀察分布參數(shù)。可采取短路或者靜電屏蔽的方法處理電路中的分布電容；采取改變接地點(diǎn)的方法減小或者消除由接地點(diǎn)不同造成的地阻抗，地阻抗常常是造成共模干擾的主要原因之一。

如果采取了濾波、接地等措施，樣機(jī)仍然無法滿足測(cè)試要求，且此時(shí)超標(biāo)頻點(diǎn)頻率較高時(shí)，我們可以斷定樣機(jī)內(nèi)部存在一個(gè)環(huán)路。本案例中，如前所述的樣機(jī)內(nèi)部的環(huán)路會(huì)接收一定量的磁通，當(dāng)該環(huán)路中的磁通量發(fā)生變化時(shí)，環(huán)路中將感應(yīng)出電流，而且對(duì)于特定大小的環(huán)路，環(huán)路接收天線將在特定的頻率上產(chǎn)生諧振。本案例中的環(huán)路為地環(huán)路，當(dāng)?shù)丨h(huán)路中含有了感應(yīng)出的騷擾電流后，必然會(huì)導(dǎo)致EMI測(cè)量接收機(jī)檢測(cè)出更大的騷擾。

除上述措施之外，對(duì)于類似本案例中的高頻干擾，加鐵氧體元件也是一種有效的辦法。

案例四：某空氣加濕器傳導(dǎo)測(cè)試不通過，采取濾波措施后，發(fā)現(xiàn)2MHz～3MHz中間有一頻點(diǎn)仍舊超標(biāo)，但其他頻段測(cè)試裕量很大。仔細(xì)分析樣機(jī)內(nèi)各功能模塊，發(fā)現(xiàn)樣機(jī)內(nèi)有一個(gè)超聲波發(fā)生器，其工作頻率剛好為超標(biāo)的頻點(diǎn)頻率。

采取的整改方法有：

(1) 電源輸入端口加強(qiáng)濾波。

(2) 將超聲波發(fā)生器所在的電路板的輸入輸出排線剪短，并且在兩組DC輸入線上加裝電解電容與瓷片電容，和電感組成LC濾波。

重測(cè)的傳導(dǎo)測(cè)試曲線如圖7。

分析：樣機(jī)內(nèi)各模塊之間的互聯(lián)排線如果過長(zhǎng)，會(huì)在高頻時(shí)顯示高阻抗。共模干擾電流由干擾源流出，流經(jīng)互聯(lián)排線時(shí)會(huì)形成共模電壓，這個(gè)電壓再驅(qū)動(dòng)排線往空間輻射高強(qiáng)度的干擾。電源輸入線接收到該干擾信號(hào)，然后傳輸?shù)絃ISN，從而被接收機(jī)捕獲。

對(duì)于這種原因造成的傳導(dǎo)測(cè)試超標(biāo)，我們可以將樣機(jī)內(nèi)部的互聯(lián)排線變短，同時(shí)在互聯(lián)排線的直流電源和地之間增加LC濾波電路。試驗(yàn)證明，這種方法可以有效的減小共模電流，降低干擾發(fā)射幅度，從而保證了測(cè)試合格。

3.結(jié)

綜上所述，我們討論了幾種針對(duì)不同類型產(chǎn)品的傳導(dǎo)測(cè)試整改方法。歸納如下：

3.1.強(qiáng)電源輸入端口的濾波。當(dāng)采用的濾波元件參數(shù)不滿足要求時(shí)，選用大電容、大電感的組合，或者將一級(jí)濾波電路改為二級(jí)濾波電路。

3.2.產(chǎn)品采用開關(guān)電源時(shí)，建議選用帶有屏蔽層的變壓器，可以很好的起到隔斷開關(guān)電源噪聲傳遞路徑的作用，從而使產(chǎn)品滿足傳導(dǎo)測(cè)試要求。

3.3.于傳導(dǎo)測(cè)試超標(biāo)發(fā)生在較高頻段的情況（通常為10MHz～30MHz），要注意分析產(chǎn)品內(nèi)部的高頻信號(hào)，以及這些信號(hào)是通過何種方式，影響了電源端的傳導(dǎo)測(cè)試結(jié)果。在掌握了騷擾傳遞的方式、路徑之后，問題就會(huì)變的簡(jiǎn)單許多。

[1] 鄭軍奇. EMC（電磁兼容）設(shè)計(jì)與測(cè)試案例分析 [M]. 2006年 北京: 電子工業(yè)出版社, 起止頁(yè)碼：P58～61

[2] 王潁凱 郭遠(yuǎn)東 高頻無極燈電源端子騷擾電壓整改實(shí)例 安全與電磁兼容2008年 第5期 起止頁(yè)碼：P65～66

Several Common Rectif i cation Methods of Excessive Conducted Emission

As regards common EMC test----conducted emission testing, combined with a few cases of actual product rectification, this article sums up the rectification of methods of conducted emission, and tries to find deeper, more common reasons to guide enterprises in product design and to pass the tests.

EMC；conducted emission；switching power supply；filter；harassment path

郭遠(yuǎn)東（1985.1—）男，畢業(yè)于北京理工大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，學(xué)士學(xué)位。現(xiàn)任工業(yè)和信息化部電子第五研究所質(zhì)量安全檢測(cè)中心電磁兼容室工程師，主要從事電磁兼容檢測(cè)與研究工作。通信地址：廣州市1501信箱07分箱（510610）