電磁兼容傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)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(tǒng)工程研究所，北京，100076）

0 引 言

隨著電子產(chǎn)品集成度的提高和電子行業(yè)對(duì)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行力度的增強(qiáng)，需對(duì)早期產(chǎn)品頻繁超標(biāo)的電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射電磁兼容性測(cè)試，現(xiàn)今整改的需求越加強(qiáng)烈。對(duì)軍品電子設(shè)備，GJB151B 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了 0.025～10 kHz、0.01～10 MHz 電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射限值，即電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射不能超過(guò)該限值規(guī)定的量值；對(duì)民品電子設(shè)備，相關(guān)民品標(biāo)準(zhǔn)中也有關(guān)于發(fā)射限值的要求。

在電磁兼容測(cè)試中，電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)整改，是4 類(lèi)電磁兼容項(xiàng)目傳導(dǎo)發(fā)射、傳導(dǎo)抗擾度、輻射發(fā)射、輻射抗擾度中整改相對(duì)靈活、易行的一類(lèi)。

本文從電磁兼容三要素出發(fā)，通過(guò)分析電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)特性，快速定位干擾源，對(duì)干擾源、受擾設(shè)備采取濾波整改措施，達(dá)到減小電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射的目的。文中以某電機(jī)電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)快速定位為例進(jìn)行說(shuō)明，并對(duì)其中的共模干擾采取濾波整改措施。

1 傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)的主要原因

電源從20 世紀(jì)30 年代初期的鐵磁諧振穩(wěn)壓器，經(jīng)歷電子管交流穩(wěn)壓器、晶體管和可控硅交流穩(wěn)壓器，發(fā)展到開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源和程控電源。其體積越來(lái)越小，質(zhì)量越來(lái)越輕，性能不斷提高[1]。同時(shí)，也帶來(lái)了系統(tǒng)電磁兼容性問(wèn)題。開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率、諧波、整流諧波等，以及在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換中固有的高速電流和電壓瞬變，均可產(chǎn)生干擾發(fā)射。電源本身產(chǎn)生的噪聲也可通過(guò)傳導(dǎo)方式直接影響用電設(shè)備，噪聲返回電網(wǎng)，對(duì)公用電源的其他電子產(chǎn)品造成影響。同時(shí)由于電場(chǎng)或磁場(chǎng)耦合，如果電源線(xiàn)深入機(jī)箱過(guò)長(zhǎng)，干擾也會(huì)沿電源線(xiàn)向外傳導(dǎo)[2,3]。

如果電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）設(shè)計(jì)不當(dāng)，干擾發(fā)射將超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

2 電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射分析

電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射干擾問(wèn)題是否產(chǎn)生取決于引入信號(hào)的大小、系統(tǒng)對(duì)噪聲的抑制能力和接地結(jié)構(gòu)。開(kāi)關(guān)電源線(xiàn)上的傳導(dǎo)干擾信號(hào)，可用共模和差模干擾信號(hào)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(gè)電容Cp和電阻Rp并聯(lián)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(lián)分布組成的高阻抗電路和串聯(lián)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(shí)存在。根據(jù)干擾類(lèi)型，依據(jù)等效電路模型，選取相應(yīng)濾波網(wǎng)絡(luò)[1]。干擾信號(hào)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(dāng)發(fā)生電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射干擾或超標(biāo)時(shí)，本文提出如下方法實(shí)現(xiàn)超標(biāo)快速診斷，完成干擾定位和分析，為整改提供依據(jù)。具體為：

a）選取測(cè)試方法，首先獲取被測(cè)件電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射特性，確定超標(biāo)頻率、幅值。如選取GJB151B 規(guī)定的電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試方法，獲得電源線(xiàn)上的傳導(dǎo)電流或耦合電壓大小與測(cè)試頻率的關(guān)系、傳導(dǎo)發(fā)射幅值大小。

b）分析被測(cè)件系統(tǒng)內(nèi)的供電關(guān)系，為定位干擾源，排查干擾路徑做準(zhǔn)備。如某被測(cè)件由電源、控制和執(zhí)行三部分組成，執(zhí)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(zhí)行A 部件；同時(shí)該DC28 V 經(jīng)變換，輸出±15 V，供執(zhí)行B 部件使用。則可能功率較大的執(zhí)行A 部件工作后，干擾噪聲返回電源線(xiàn)，對(duì)功率較小的B 部件的正常工作造成干擾。

c）在a）基礎(chǔ)上，依次使被測(cè)件各部分逐級(jí)斷電，觀察電源線(xiàn)上傳導(dǎo)電流或耦合電壓的變化；結(jié)合b）的分析，判斷干擾源。

d）根據(jù)干擾源的發(fā)射頻率特性，判斷干擾類(lèi)型（見(jiàn)圖1）；結(jié)合整改難易，對(duì)干擾源或受擾設(shè)備電源端口采取濾波的整改措施，以降低發(fā)射，實(shí)現(xiàn)兼容工作。如根據(jù)超標(biāo)特性，判斷干擾為共模干擾，對(duì)受擾設(shè)備添加LC 低通濾波器，降低測(cè)試頻段內(nèi)的頻點(diǎn)發(fā)射。

3 傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)快速診斷

3.1 獲取傳導(dǎo)發(fā)射特性

針對(duì)不同類(lèi)型電子產(chǎn)品要求，選取電源線(xiàn)傳導(dǎo)測(cè)試頻段、測(cè)試配置、工作模式，獲取傳導(dǎo)發(fā)射特性，分析工作狀態(tài)對(duì)發(fā)射特性的影響，判斷干擾主要來(lái)源。

以某型電機(jī)電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射為例，依據(jù)電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)要求，頻率選擇0.1～30 MHz，選取電源線(xiàn)-LISN-接收機(jī)方法，LISN 信號(hào)輸出端，獲取電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射信號(hào)。測(cè)試配置如圖2 所示，測(cè)試布局照片如圖3 所示。

圖2 測(cè)試配置 Fig.2 Test Configuration

圖3 測(cè)試布局照片 Fig.3 Test Layout Picture

對(duì)DC24 V 電源正線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試，極限值及測(cè)試數(shù)據(jù)的幅值曲線(xiàn)如圖4（正常工作狀態(tài)，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(shí)超標(biāo)最大，超出限值30.13 dB；圖5 中，1～30 MHz點(diǎn)頻超出限值，其中頻率為4 MHz 時(shí)超標(biāo)最大，超出限值6.47 dB，發(fā)射值超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)限值。

圖4 極限值及測(cè)試數(shù)據(jù)的幅頻曲線(xiàn)（正常工作狀態(tài)） Fig.4 Limit Line and Amplitude-frequency Curve Graph of Test Data

圖5 極限值及測(cè)試數(shù)據(jù)的幅頻曲線(xiàn)（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(jī)供電關(guān)系。該電機(jī)供電分為DC24 V和DC300 V 兩路，DC24 V 供給控制組件，DC300 V驅(qū)動(dòng)高功率執(zhí)行機(jī)構(gòu)，DC24 V 和DC300 V 同時(shí)輸出為電機(jī)正常工作狀態(tài)。DC24 V 能夠單獨(dú)輸出， DC300 V 需在DC24 V 控制下輸出。基于上述供電設(shè)計(jì)，高功率執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作產(chǎn)生的噪聲，可能耦合或輻射至DC24 V 電源線(xiàn)，造成DC24 V 電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)，甚至影響DC24 V 用電設(shè)備的正常工作。

分析上述測(cè)試結(jié)果：

a）電機(jī)正常工作下，0.05～30 MHz 超出極限值，其中頻率為2.37 MHz 時(shí)超標(biāo)最大，超過(guò)限值30.13 dB。即電機(jī)正常工作時(shí)，表現(xiàn)為連續(xù)頻段、高幅值超標(biāo)。

b）僅DC24 V 輸出，主要表現(xiàn)為1.2 MHz、1.6 MHz等點(diǎn)頻發(fā)射超過(guò)限值要求，發(fā)射幅值超過(guò)限值最高6.47 dB。在0.05～30 MHz（電機(jī)正常工作時(shí)的超標(biāo)頻段）的發(fā)射均明顯降低，2.37 MHz 發(fā)射降低約25 dB。

c）結(jié)合a）、b），判斷DC300 V 輸出產(chǎn)生的噪聲，耦合或輻射至DC24 V 電源線(xiàn)，造成DC24 V 電源正線(xiàn)頻段性傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)，超標(biāo)幅值增加大于20 dB。

根據(jù)大量設(shè)備傳導(dǎo)干擾的經(jīng)驗(yàn)，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(jī)DC24 V 電源正線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射：在電機(jī)正常工作下，差模、共模干擾共存，發(fā)射幅值超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值最高約30 dB；僅DC24 V 輸出時(shí)，主要為共模干擾，發(fā)射幅值超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值最高約7 dB；DC300 V輸出惡化了DC24 V 電源正線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射，使傳導(dǎo)發(fā)射增加大于20 dB。

3.3 選取和實(shí)施整改措施

以電機(jī)DC24 V 輸出超標(biāo)整改為例。經(jīng)上述干擾定位及分析可知，僅DC24 V 輸出時(shí)，主要為共模干擾。擬采取在DC24 V 電源線(xiàn)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(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試頻段要求，理想下應(yīng)控制f0低于10 kHz，可計(jì)算為[1]

初步選取LCM=75 μH、電容CLG=4.7 μF，測(cè)試結(jié)果如圖6 所示（僅DC24 V 輸出，連接75 μH、4.7 μF 濾波網(wǎng)絡(luò)）。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，原超標(biāo)頻點(diǎn)超標(biāo)幅值平均降低優(yōu)于5 dB，已滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)在1～30 MHz，60 dBμV 的限值要求。

圖6 極限值及測(cè)試數(shù)據(jù)的幅頻曲線(xiàn) 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(jī)殼的進(jìn)線(xiàn)口上，要求濾波器的外殼與系統(tǒng)地之間有良好的電氣連接，避免使用過(guò)長(zhǎng)的接地線(xiàn)，最好直接接地。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文采取的電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)快速診斷方法，完成了某電機(jī)電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)的定位和分析。并驗(yàn)證了在電源端口添加LC 低通濾波器的整改措施的有效性。