電磁兼容傳導發射超標快速診斷方法

侯燕春，楊 雪，石彥超，郗 琦，吳華兵

（北京宇航系統工程研究所，北京，100076）

0 引 言

隨著電子產品集成度的提高和電子行業對電磁兼容標準執行力度的增強，需對早期產品頻繁超標的電源線傳導發射電磁兼容性測試，現今整改的需求越加強烈。對軍品電子設備，GJB151B 標準中規定了 0.025～10 kHz、0.01～10 MHz 電源線傳導發射限值，即電源線傳導發射不能超過該限值規定的量值；對民品電子設備，相關民品標準中也有關于發射限值的要求。

在電磁兼容測試中，電源線傳導發射超標整改，是4 類電磁兼容項目傳導發射、傳導抗擾度、輻射發射、輻射抗擾度中整改相對靈活、易行的一類。

本文從電磁兼容三要素出發，通過分析電源線傳導發射超標特性，快速定位干擾源，對干擾源、受擾設備采取濾波整改措施，達到減小電源線傳導發射的目的。文中以某電機電源線傳導發射超標快速定位為例進行說明，并對其中的共模干擾采取濾波整改措施。

1 傳導發射超標的主要原因

電源從20 世紀30 年代初期的鐵磁諧振穩壓器，經歷電子管交流穩壓器、晶體管和可控硅交流穩壓器，發展到開關型穩壓電源和程控電源。其體積越來越小，質量越來越輕，性能不斷提高[1]。同時，也帶來了系統電磁兼容性問題。開關電源的開關頻率、諧波、整流諧波等，以及在開關轉換中固有的高速電流和電壓瞬變，均可產生干擾發射。電源本身產生的噪聲也可通過傳導方式直接影響用電設備，噪聲返回電網，對公用電源的其他電子產品造成影響。同時由于電場或磁場耦合，如果電源線深入機箱過長，干擾也會沿電源線向外傳導[2,3]。

如果電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）設計不當，干擾發射將超過標準限值要求。

2 電源線傳導發射分析

電源線傳導發射干擾問題是否產生取決于引入信號的大小、系統對噪聲的抑制能力和接地結構。開關電源線上的傳導干擾信號，可用共模和差模干擾信號表示，其等效電路如圖1 所示。共模噪聲等效電路，可等效為一個電容Cp和電阻Rp并聯分布的容性高阻抗電流源；差模噪聲等效電路由兩部分組成，電容Cp＇和電阻Rp＇并聯分布組成的高阻抗電路和串聯分布電感Ls和電阻Rs組成的低阻抗電路，這兩部分電路不同時存在。根據干擾類型，依據等效電路模型，選取相應濾波網絡[1]。干擾信號可能是差模的，也可能是共模的[2]。

圖1 共模、差模等效電路 Fig.1 CM and DM Equivalent Circuit

當發生電源線傳導發射干擾或超標時，本文提出如下方法實現超標快速診斷，完成干擾定位和分析，為整改提供依據。具體為：

a）選取測試方法，首先獲取被測件電源線傳導發射特性，確定超標頻率、幅值。如選取GJB151B 規定的電源線傳導發射測試方法，獲得電源線上的傳導電流或耦合電壓大小與測試頻率的關系、傳導發射幅值大小。

b）分析被測件系統內的供電關系，為定位干擾源，排查干擾路徑做準備。如某被測件由電源、控制和執行三部分組成，執行部分由功率較大的A 和功率較小的B 兩部件組成。電源部分提供DC28 V 供給控制、執行A 部件；同時該DC28 V 經變換，輸出±15 V，供執行B 部件使用。則可能功率較大的執行A 部件工作后，干擾噪聲返回電源線，對功率較小的B 部件的正常工作造成干擾。

c）在a）基礎上，依次使被測件各部分逐級斷電，觀察電源線上傳導電流或耦合電壓的變化；結合b）的分析，判斷干擾源。

d）根據干擾源的發射頻率特性，判斷干擾類型（見圖1）；結合整改難易，對干擾源或受擾設備電源端口采取濾波的整改措施，以降低發射，實現兼容工作。如根據超標特性，判斷干擾為共模干擾，對受擾設備添加LC 低通濾波器，降低測試頻段內的頻點發射。

3 傳導發射超標快速診斷

3.1 獲取傳導發射特性

針對不同類型電子產品要求，選取電源線傳導測試頻段、測試配置、工作模式，獲取傳導發射特性，分析工作狀態對發射特性的影響，判斷干擾主要來源。

以某型電機電源線傳導發射為例，依據電源線傳導發射標準要求，頻率選擇0.1～30 MHz，選取電源線-LISN-接收機方法，LISN 信號輸出端，獲取電源線傳導發射信號。測試配置如圖2 所示，測試布局照片如圖3 所示。

圖2 測試配置 Fig.2 Test Configuration

圖3 測試布局照片 Fig.3 Test Layout Picture

對DC24 V 電源正線傳導發射測試，極限值及測試數據的幅值曲線如圖4（正常工作狀態，DC24 V、DC300 V 均輸出）、圖5（僅DC24 V 輸出）所示。 圖4 中，0.5～30 MHz 超出限值，其中頻率為2.37 MHz時超標最大，超出限值30.13 dB；圖5 中，1～30 MHz點頻超出限值，其中頻率為4 MHz 時超標最大，超出限值6.47 dB，發射值超過標準中相應限值。

圖4 極限值及測試數據的幅頻曲線（正常工作狀態） Fig.4 Limit Line and Amplitude-frequency Curve Graph of Test Data

圖5 極限值及測試數據的幅頻曲線（僅DC24V） Fig.5 Limit Line and Amplitude- frequency Curve Graph of Test Data(Only DC24V Work)

3.2 干擾定位及分析

分析該電機供電關系。該電機供電分為DC24 V和DC300 V 兩路，DC24 V 供給控制組件，DC300 V驅動高功率執行機構，DC24 V 和DC300 V 同時輸出為電機正常工作狀態。DC24 V 能夠單獨輸出， DC300 V 需在DC24 V 控制下輸出。基于上述供電設計，高功率執行機構工作產生的噪聲，可能耦合或輻射至DC24 V 電源線，造成DC24 V 電源線傳導發射超標，甚至影響DC24 V 用電設備的正常工作。

分析上述測試結果：

a）電機正常工作下，0.05～30 MHz 超出極限值，其中頻率為2.37 MHz 時超標最大，超過限值30.13 dB。即電機正常工作時，表現為連續頻段、高幅值超標。

b）僅DC24 V 輸出，主要表現為1.2 MHz、1.6 MHz等點頻發射超過限值要求，發射幅值超過限值最高6.47 dB。在0.05～30 MHz（電機正常工作時的超標頻段）的發射均明顯降低，2.37 MHz 發射降低約25 dB。

c）結合a）、b），判斷DC300 V 輸出產生的噪聲，耦合或輻射至DC24 V 電源線，造成DC24 V 電源正線頻段性傳導發射超標，超標幅值增加大于20 dB。

根據大量設備傳導干擾的經驗，有0.01～0.1 MHz主要為差模干擾，0.1～1 MHz 差模、共模干擾共存，1～30 MHz 主要為共模干擾[1]。

綜上，該電機DC24 V 電源正線傳導發射：在電機正常工作下，差模、共模干擾共存，發射幅值超過標準限值最高約30 dB；僅DC24 V 輸出時，主要為共模干擾，發射幅值超過標準限值最高約7 dB；DC300 V輸出惡化了DC24 V 電源正線傳導發射，使傳導發射增加大于20 dB。

3.3 選取和實施整改措施

以電機DC24 V 輸出超標整改為例。經上述干擾定位及分析可知，僅DC24 V 輸出時，主要為共模干擾。擬采取在DC24 V 電源線端口添加共模電感LCM和電容CLG組成的兩元件L 型低通濾波器。濾波器的諧振頻率f0，為滿足標準測試頻段要求，理想下應控制f0低于10 kHz，可計算為[1]

初步選取LCM=75 μH、電容CLG=4.7 μF，測試結果如圖6 所示（僅DC24 V 輸出，連接75 μH、4.7 μF 濾波網絡）。經測試發現，原超標頻點超標幅值平均降低優于5 dB，已滿足標準在1～30 MHz，60 dBμV 的限值要求。

圖6 極限值及測試數據的幅頻曲線 Fig.6 Limit Line and Amplitude-frequency Curve Graph of Test Data

濾波器的作用好壞，取決于安裝是否正確[4]。最有效的安裝位置是在機殼的進線口上，要求濾波器的外殼與系統地之間有良好的電氣連接，避免使用過長的接地線，最好直接接地。

4 結束語

本文采取的電源線傳導發射超標快速診斷方法，完成了某電機電源線傳導發射超標的定位和分析。并驗證了在電源端口添加LC 低通濾波器的整改措施的有效性。