冷卻風扇的輻射發射超標的分析與抑制措施

【摘" 要】隨著汽車行業的快速發展，車載電子電器裝置數量不斷增加，汽車電子電器系統面臨的電磁環境愈發復雜。車內電磁騷擾源對車載電子電器裝置工作可靠性的影響日益凸顯，這些部件在運行中產生的電磁騷擾，干擾了車載設備的正常運行。為解決這一問題，文章著重關注汽車電子電器零部件電磁騷擾的抑制以及設備電磁騷擾特性的改善，這對確保汽車電子電器系統的安全穩定運行及保障使用者生命安全至關重要。以某公司冷卻風扇產品輻射發射超標為切入點，結合其工作原理深入剖析騷擾產生機理，明確了電磁騷擾超標的根本原因。基于此，提出針對性抑制方法與整改方案，并通過試驗驗證。結果顯示，改進后的冷卻風扇電磁輻射發射滿足標準要求，為解決汽車電子電器電磁騷擾問題提供有效參考。

【關鍵詞】輻射騷擾；共模旁路電容；冷卻風扇；輻射發射；騷擾機理；抑制措施

中圖分類號：U463.6" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（2025）03-0111-04

Analysis and Control Measures of Excessive Radiation Emission of Cooling Fan*

【Abstract】With the rapid development of the automobile industry，the number of vehicle electronic and electrical devices is increasing，and the electromagnetic environment faced by automotive electronic and electrical systems is becoming more and more complex. The influence of the electromagnetic disturbance source on the reliability of the vehicle electronic and electrical equipment is increasingly prominent，and the electromagnetic disturbance generated by these components during operation interferes with the normal operation of the vehicle equipment. In order to solve this problem，the paper focuses on the suppression of electromagnetic disturbance of automotive electronic and electrical parts and the improvement of electromagnetic disturbance characteristics of equipment，which is very important to ensure the safe and stable operation of automotive electronic and electrical systems and ensure the safety of users. Taking the radiation emission of a cooling fan product of a company as the starting point，combining with its working principle，the mechanism of harassment is deeply analyzed，and the root cause of electromagnetic harassment is clarified. Based on this，the targeted suppression method and rectification plan are proposed and verified by experiment. The results show that the electromagnetic radiation emission of the improved cooling fan meets the standard requirements，and provides an effective reference for solving the electromagnetic disturbance problem of automotive electronic appliances.

【Key words】radiation disturbance；common mode bypass capacitance；cooling fan；radiation emission；disturbance mechanism；restraining measure

0" 前言

冷卻風扇是汽車的關鍵部件，雖結構簡單且無EMC敏感元件，在電磁兼容環境中能穩定運行，但因其電磁驅動結構（環形電流換向器和電刷）會產生較大電磁騷擾，影響汽車周邊無線電設備及車內電子控制單元工作可靠性，關乎車輛運行安全。所以，開展冷卻風扇電磁兼容優化技術研究意義重大，本文采用試驗與整改結合的方法，旨在改善其電磁兼容性能，控制電磁騷擾，具有現實意義與工程應用價值。

1" 問題描述

為了了解某公司的冷卻風扇輻射發射特性，嚴格依據GB/T 18655—2018《車輛、船和內燃機無線電騷擾特性 用于保護車載接收機的限值和測量方法》6.5章節零部件/模塊的輻射發射-ALSE法，在3m半電波暗室進行試驗。

將冷卻風扇經人工網絡（AN）由車載蓄電池供電，使其在最大功率下持續、穩定工作。按照GB/T 18655—2018輻射發射要求進行試驗布置，其測試照片如圖1所示。根據標準要求在0.15～2500MHz頻率范圍對冷卻風扇進行輻射發射測量，測量時采用峰值和平均值檢波器掃描。結果顯示：在1447～1494MHz頻段天線垂直和水平極化峰值測量值超出峰值限值要求，見圖2。

2" 問題分析

因冷卻風扇輻射騷擾測試結果超過限值要求，必須對冷卻風扇進行拆解，分析輻射騷擾產生的原因，以及為后續整改工作得到思路。冷卻風扇輻射內部結構見圖3。

拆解后可以看出冷卻風扇是由有刷電機驅動扇葉旋轉。有刷電機的工作原理?主要依賴于電刷和換向器的協同作用，確保電流方向在電機旋轉過程中持續改變，從而維持轉矩的方向一致，使得驅動電機持續旋轉，如圖4所示。由此可見，有刷電機實質上是一個感性負載，而?換向器相對于是電路中的觸電開關，從而可將冷卻風扇簡化為等效電路，如圖5所示。由于電刷和換向器的存在，有刷電機的結構相對復雜，可靠性較差，故障較多，維護工作量大，壽命較短，且換向火花容易產生電磁騷擾。

冷卻風扇在1447～1494MHz頻段只產生寬帶騷擾。首先排除電子元件對外輻射，再結合冷卻風扇工作原理和等效電路，對樣品進行拆解發現，冷卻風扇由永磁式有刷直流電動機驅動，分析出產生該騷擾信號的原因如下。

1）有刷電機類產品，換向器與電刷產生騷擾信號疊加到供電直流上。

2）差模電流由于電流幅值相同，方向相反，產生的輻射騷擾基本相互抵消；共模電流由于電流幅值相同，方向相同，是主要的輻射騷擾源。

3" 整改措施及驗證

3.1" 整改措施

綜上分析，針對冷卻風扇制定以下整改方案：冷卻風扇共模電流的等效電路及其路徑如圖6所示。共模電流自電機電源端口（電源正負極線）流出，經共模負載和參考導電桌面返回，進而形成電磁騷擾。由此得出整改思路，即只需消除冷卻風扇電源線上向外輻射的共模電流。為降低電源線上的共模電流，有以下3種解決方案：①在靠近換向器一端的電源線上分別串聯無源濾波器；②添加鐵氧體磁珠；③直接在電源線引腳處安裝共模旁路電容。

3.1.1" 無源濾波器

電源線濾波器對于電源線和電源回線上的差模干擾和共模干擾均具有良好的抑制作用。理論上，可選擇在靠近騷擾源的電源線（電源正、負極線）上分別串聯無源濾波器來解決本文所面臨的問題。然而，實際應用中存在諸多限制因素：①濾波器存在能量損耗和壓降，而冷卻風扇工作時電流大、功率高，對電壓穩定性要求嚴格，濾波器的能量損耗和壓降會影響其工作的穩定性；②濾波器的體積和質量較大，而冷卻風扇內部結構緊湊，預留的整改空間極為有限，這使得濾波器的安裝存在較大困難；③濾波器成本相對較高，安裝工藝也較為復雜。綜合以上因素，該方案在實際整改中不太現實，因此不予考慮。

3.1.2" 鐵氧體磁珠

鐵氧體磁珠在高頻段呈現電阻性，相當于品質因數很低的電感器，能夠在相當寬的頻率范圍內保持較高的阻抗，從而顯著提高高頻濾波效能。本文所涉及的騷擾頻段為1447～1494MHz，恰好處于鐵氧體磁珠可有效抑制的高頻段范圍內。此外，鐵氧體磁珠作為濾波材料繞在電源線上時，主要呈現電感特性，對于直流電源線的損耗幾乎可以忽略不計。因此，鐵氧體磁珠通常被視為一種非常有效的材料應用于電磁兼容整改中。

理論上，將鐵氧體磁珠安裝在靠近騷擾源的位置來抑制輻射騷擾，是一種較為有效的方案。然而，由于鐵氧體元器件具有易破碎的物理特性，而冷卻風扇在工作時振動幅度較大，這使得鐵氧體磁珠在實際應用中很容易損壞。此外，一般鐵氧體的體積越大，其抑制效果越好，但較大尺寸的鐵氧體磁珠并不適合應用于本文的研究對象。綜上所述，鐵氧體磁珠作為本文的最終解決方案也并非十分理想。

3.1.3" 共模旁路電容

共模旁路電容具有獨特的濾波特性，在電路中能夠產生一個交流分路，從而有效消除電路中那些不需要的高頻能量。旁路電容一般作為高頻分路器件，用于減小電源線中的共模電流，進而起到抑制輻射騷擾向空間傳播，避免對其他零部件造成干擾的作用。

考慮到產品工作時電流較大、能量高且振動劇烈，同時結合成本因素與安裝的便捷性，共模旁路電容具有抑制電磁騷擾效果良好、體積小巧、價格低廉以及安裝簡便等諸多優點，因此可作為本文的首選和最終整改方案。鑒于超標頻段為1447～1494MHz，根據電容的濾波特性曲線（圖7）以及冷卻風扇的實際工作環境條件，決定選取2pF共模旁路電容或多級進行濾波。在安裝過程中，旁路電容應盡量靠近負載器件的供電電源引腳和接地引腳，這樣能夠有效防止輸入值過大而導致的地電位抬高和噪聲問題。具體操作時，在冷卻風扇電源線（電源正、負極線）的引腳處分別焊接2pF共模旁路電容，電容的另一引腳則焊接在冷卻風扇的金屬殼體上（圖8），以此實現將電源線共模電流產生的輻射騷擾有效濾除。

3.2" 試驗驗證

將經過加共模旁路電容整改后的冷卻風扇，按照問題描述中所提及的測試方法和測試布置再次進行輻射發射測試。試驗結果表明，整改后的冷卻風扇電磁輻射發射完全符合GB/T 18655—2018標準Class3限值要求。對比整改前后的測試結果（圖2和圖9的數據）可以清晰地看出，在冷卻風扇電源線上分別增加1級2pF共模旁路電容并通過機殼下地的方式，對其電磁騷擾特性有顯著的改善作用，峰值結果平均降低了10dB，成功解決了1447～1494MHz頻段產生的輻射騷擾問題。既然增加1級共模旁路電容就能夠很好地解決本文的問題，為了進一步節省成本，無需增加2級或更多級電容。

4" 結語

通過試驗發現冷卻風扇在1447～1494MHz頻段峰值測量值超出峰值限值要求。根據其工作原理，分析該頻段輻射騷擾產生的機理，提出3種抑制電磁騷擾方法，結合本文研究對象的實際情況和成本等因素，綜合考慮選擇在電源線上增加2pF共模旁路電容濾波。試驗證明，改進后的冷卻風扇電磁輻射發射完全符合GB/T 18655—2018標準Class3限值要求。該方法可應用于實際生產降低成本，其結果還可借鑒到其他有刷電機電磁輻射騷擾問題的定位與改進。

參考文獻

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