某型機(jī)內(nèi)照明控制盒電磁兼容性試驗(yàn)的問題及整改

范方川

（昌河飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司 江西景德鎮(zhèn) 333002）

隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展和軍工科技的不斷進(jìn)步，機(jī)載設(shè)備的功能越來越強(qiáng)，工作頻率日趨增高，電磁環(huán)境也日趨復(fù)雜，機(jī)載電子設(shè)備間的電磁兼容是確保飛行安全和完成戰(zhàn)術(shù)任務(wù)的前提。電磁兼容(EMC)是一門研究在有限空間、時間和頻譜資源等條件下，各種用電設(shè)備可以共同工作而不產(chǎn)生性能降級的學(xué)科。換種通俗的說法，電磁兼容就是指設(shè)備或系統(tǒng)在電磁環(huán)境下能正常工作，并且不對該環(huán)境中的任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。電磁兼容性試驗(yàn)項(xiàng)目超標(biāo)，一方面與產(chǎn)品本身最初的電磁兼容性設(shè)計(jì)有關(guān)，另一方面與系統(tǒng)試驗(yàn)的配置模式也有著重要的關(guān)聯(lián)。本文首先對產(chǎn)品在re102項(xiàng)目中存在的問題進(jìn)行了描述和分析，對存在問題進(jìn)行了準(zhǔn)確定位，然后提出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)整改方案，最終對整改后的產(chǎn)品進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

一、試驗(yàn)產(chǎn)品描述及問題分析

某型機(jī)內(nèi)照明控制盒內(nèi)的亮調(diào)組件由亮調(diào)控制電位器、浪涌抑制器、濾波器、應(yīng)急電源預(yù)處理模塊、雙路直流電壓變換器、線路板等組成。機(jī)內(nèi)照明控制盒按《GJB151B-2013軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》要求需完成電磁兼容re102電場輻射發(fā)射試驗(yàn)。機(jī)內(nèi)照明控制盒分為正常28V和應(yīng)急18V兩種工作狀態(tài)，正常工作28V狀態(tài)下re102電場輻射發(fā)射試驗(yàn)曲線正常，應(yīng)急工作18V狀態(tài)下re102電場輻射發(fā)射試驗(yàn)曲線超標(biāo)，不符合《GJB151B-2013軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》規(guī)定的要求。

整改前測試re102電場輻射發(fā)射摸底試驗(yàn)曲線如圖1所示，從圖1中可以看出產(chǎn)品在10kHz～30MHz的頻段內(nèi)有部分頻點(diǎn)超標(biāo)，最高超標(biāo)值32.45dBμV/m，在30 MHz～200MHz的頻段范圍內(nèi)大范圍超標(biāo)，最高超標(biāo)值約41.13dBμV/m。

圖1 RE102電場輻射發(fā)射試驗(yàn)不符合數(shù)據(jù)

二、機(jī)理分析

按照電磁兼容三要素，首先確定干擾源，然后通過抑制干擾源和切斷耦合途徑，最終達(dá)到解決問題的目的[1]。

產(chǎn)品分為正常28V和應(yīng)急18V兩種工作狀態(tài)，正常工作28V狀態(tài)下re102電場輻射發(fā)射試驗(yàn)曲線正常，應(yīng)急工作18V狀態(tài)下re102電場輻射發(fā)射試驗(yàn)曲線超標(biāo)，通過使用頻譜儀，分別對電源板組件、驅(qū)動板組件進(jìn)行頻域分析，發(fā)現(xiàn)應(yīng)急路新增的升壓模塊是造成RE102超標(biāo)的主要原因。所以主要輻射源定位在驅(qū)動板上新增的升壓模塊上。

三、試驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)整改及驗(yàn)證

（一）整改使用元器件的選取

①去耦電容

在電路設(shè)計(jì)中，旁路和去耦是用來防止EMI 能量從一個電路轉(zhuǎn)移到另一個電路的重要方法。旁路電容是通過產(chǎn)生交流旁路來消除無用的能量，降低器件的EMI分量，另外它還可以提供濾波功能。去耦電容是用來提供一個局部的直流電源給有源器件，以減少開關(guān)噪聲在電路上的傳播并將噪聲引導(dǎo)到地平面，能夠提供高頻通道，用來濾除元器件的高頻噪聲。

通常為了達(dá)到較好的去耦效果，需要確定去耦電容的容值。在選取去耦電容時，電容數(shù)值為

式中:C為去耦電容的電容值；ΔI為器件導(dǎo)通和截止2種狀態(tài)下流過電源引腳電流的差值；Δt為開關(guān)時間，是器件輸出脈沖信號的上升沿或下降沿時間；ΔV為邏輯器件工作所允許的電源電壓值的變化。

一般來說，去耦電容值的選取并不嚴(yán)格，通常可以按照C=1/I計(jì)算。對微控制器構(gòu)成的系統(tǒng)，取0.1～0.01μF之間都可以。在工程應(yīng)用中，經(jīng)常將幾個去耦電容并聯(lián)，這樣可以在更寬的頻譜范圍內(nèi)降低電源網(wǎng)絡(luò)所產(chǎn)生的開關(guān)噪聲。多個去耦電容的并聯(lián)能夠提供6dB的增益以抑制有源器件開關(guān)造成的射頻電流。多個去耦電容并聯(lián)不僅能夠提供更寬的頻譜范圍，而且還能提供更寬的布線以減少引線電感。

②電源濾波器

◆要求電源線濾波器在相應(yīng)工作頻段范圍內(nèi)具有足夠的插入損耗；◆在所要求的頻率上，濾波器的阻抗必須與它連接的干擾源阻抗和負(fù)載阻抗相匹配；◆濾波器必須具有一定耐壓能力，能夠經(jīng)受輸入瞬時高壓的沖擊；◆考慮設(shè)備允許的最大漏電流。定的電流高了，會加大濾波器的體積和重量，定的電流低了，又會降低濾波器的可靠性；◆濾波器應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小、安裝方便、安全可靠。選擇好濾波器后，還必須經(jīng)過正確的安裝才能達(dá)到良好的效果，如果安裝不當(dāng)，就會破壞濾波器的衰減特性。

（二）設(shè)計(jì)整改內(nèi)容

在電磁兼容設(shè)計(jì)整改過程中，如果能夠消除電磁干擾三要素中的任何一個，電磁干擾問題也就解決了，所以此次產(chǎn)品整改主要從干擾源和耦合途徑兩方面入手，采取如下的整改措施對產(chǎn)品的DC－DC電源模塊電路進(jìn)行整改[2]。

DC－DC電源模塊開關(guān)頻率高，傳導(dǎo)和輻射干擾大，是造成電磁兼容RE102項(xiàng)目超標(biāo)的重要原因之一。雖然電路系統(tǒng)中已經(jīng)采取了相關(guān)濾波措施，但未能很好解決電源模塊帶來的EMI干擾。對該電路采取如下的整改措施:電源輸入、輸出端分別添加去耦電容，在更寬的頻譜范圍內(nèi)降低電源網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的開關(guān)噪聲;電源輸出端增加一個直流濾波器，以更好地消除電源網(wǎng)絡(luò)的共模干擾。

（三）設(shè)計(jì)整改后試驗(yàn)驗(yàn)證

通過上述電磁兼容整改，整改后進(jìn)行了re102電場輻射發(fā)射試驗(yàn)，試驗(yàn)指標(biāo)已經(jīng)能滿足電磁兼容試驗(yàn)要求，試驗(yàn)曲線如圖2所示。原超標(biāo)部分得到大范圍的抑制，設(shè)計(jì)整改效果顯著，試驗(yàn)指標(biāo)正常，能滿足《GJB151B-2013軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》規(guī)定的要求。

圖2 整改后的RE102電場輻射發(fā)射試驗(yàn)曲線

四、結(jié)束語

對于很多軍用產(chǎn)品，RE102是最難通過的試驗(yàn)項(xiàng)目之一，本文從查找干擾源入手，對產(chǎn)品進(jìn)行了針對性整改。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，整改效果非常顯著，整改后產(chǎn)品完全通過了RE102的項(xiàng)目測試。對該型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)整改，投入了較大的人力和物力，取得了大量豐富的經(jīng)驗(yàn)，特別是本文的問題定位方法、設(shè)計(jì)整改方法和措施對其他類似產(chǎn)品進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)或整改具有一定的參考價(jià)值。同時，也認(rèn)識到，電磁兼容性應(yīng)與產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)同步開展，并在產(chǎn)品初樣階段進(jìn)行測試驗(yàn)證，然后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行迭代設(shè)計(jì)，從而達(dá)到事半功倍的效果。