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【故障案例】某产品EMC传导发射超标问题分析与整改

硬件电子工程师 来源:硬件电子工程师 作者:硬件电子工程师 2022-10-19 10:09 次阅读

【摘要】某产品在入网测试电磁骚扰项目中,直流电源端口(DC端口)传导发射测试超标严重,在低频150kHz~2MHz之间,某些频点超标10dBuV以上。经过对电源单板现场整改,再次测试DC端口传导发射顺利通过,余量在5dBuV以上。

一、问题描述

XX产品在入网测试电磁骚扰测试中,直流电源端口(DC端口)传导发射测试超标,在低频150kHz~2MHz之间,某些频点超标10dBuV以上。具体测试结果见图1。

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图1 DC端口传导发射测试结果

二、问题分析

传导发射是产品EMC测试中最为棘手的几个项目之一,其主要度量产品本身产生的电磁骚扰水平。解决电磁骚扰问题,首先需要明确骚扰源在哪?骚扰源是通过何种耦合途径传播的?进而根据骚扰源的性质和耦合传播方式,采取相应的EMC设计措施,包括接地设计、滤波设计、隔离设计等等,解决电磁骚扰问题,实现产品的电磁兼容

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图2 电磁骚扰问题解决思路

就本问题而言,骚扰源和耦合途径都是比较明确的。我们公司内部进行了测试复现,产品配置与前方现场相同,经过测试分析确定骚扰源来自于系统DC电源电路,包括系统电源板和主控板开关电源电路。耦合途径则是-48V和-48VRTN电源线,且为传导耦合方式。因此本问题的重点在于寻找合适的EMC设计措施,对现场进行整改,如接地设计、滤波设计等。

三、问题解决

根据前方测试现场照片显示,DC电源线为2芯电源供电蓝线(-48V),黑线(-48VRTN)。但是该产品设计的是3芯电源线,除了上述两根电源线外,另有一根黑线,用于系统工作地GNDD的引出。在正常使用过程中,GNDD需要与-48VRTN线在机柜内和机柜保护地GNDP汇聚在一起,最后通过一根接地线连接至机房的接地排,采取复合接地方式,实现系统DC-C(Connected)接地方式。因甲方测试现场无法提供3芯电源线,导致GNDD无法从单板引出,因此要求前方对该产品电源板进行改造,在单板内部将GNDD与-48VRTN用导线短接,形成共地,具体见图3。

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图3 采用导线将GNDD与-48VRTN短接

系统工作地GNDD与-48VRTN短接共地后,再与机柜的保护地GNDP相连,形成GNDD、-48VRTN和GNDP三地合一,即复合接地方式,实现系统的DC-C方式。三地合一主要有两个目的:其一是为了形成三地的等势面,避免在浪涌或局部高电压下,各平面间、平面与信号间、信号与信号间形成的电位差过大,导致单板内部器件损坏。其二则是为整个系统提供最低的阻抗回路。三地合一后DC端口传导发射测试结果见图4。从图4可以看出,与最初测试结果相比(图1),噪声普遍下降10dBuV以上,某些频点下降高达20~30dBuV,由此看出,三地合一对DC电源传导骚扰影响是非常显著的。

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图4 整改后DC端口传导发射测试结果

四、总结

从整改后的最终测试结果可以看出,本次整改效果非常显著。与最初的测试结果相比,无论是在低频段还是高频段,DC端口的噪声均有显著下降,某些频点噪声甚至下降30dBuV以上。系统的接地设计对于改善系统的电磁兼容水平有重要的作用,这在本例中得到了充分地体现。通过本次案例,总结如下两点经验,供其它产品出现类似问题时参考和借鉴。

1)电磁骚扰问题的发生,必然存在骚扰源和耦合途径,解决此问题,首先必须要分析确定哪个是骚扰源?通常电路中du/dt ,或者di/dt 比较大的信号是电路中的主要骚扰源,如电源、时钟电路、风扇、继电器、感性负载、高速IC电路等。确定骚扰源后就需要确定骚扰的耦合途径,是传导耦合还是辐射耦合,是共地耦合还是空间耦合等等?只有确定了骚扰源和耦合途径,才能确定有效的EMC解决方法,包括采取接地、滤波、屏蔽、隔离等手段。

2)通常系统的接地方式有两种,分别为DC-I(Isolated)和DC-C(Connected)。对于产品需采取何种接地方式,需根据产品原定设计方案和实际使用情况而定。对于本案例而言,系统需采取DC-C的复合接地方式。

审核编辑:汤梓红

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