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电磁兼容EMC测试经常出现的问题及解决方法

嘉峪检测网        2021-07-01 13:12

电磁兼容测试经常出现的问题及解决方法之一:静电抗扰度检测

 

       我们参和了几个项目的静电抗扰度检测,对静电(ESD)也有一定认识。静电分为接触放电和空气放电,静电是积累的高压,当接触到设备的金属外壳时会瞬间放电,会干扰到电子设备的正常工作,可能引起设备故障或重启,在安全性规则较好的场合这是不允许的。

    静电会干扰显示效果,可能出现显示闪烁或黑屏,干扰正常显示和操作。静电还有可能引起CPU工作异常,程序死机或重启,这在客户的正常使用中都是不允许的。

如果在产品详细设计阶段采用EMC的相关设计,做静电抗扰度实验不必过分担心,通过设计,对静电积累的电荷进行良好的泄放,一般都不会干扰系统的正常工作。

 

 电磁兼容测试经常出现的问题及解决方法之二:电快速瞬变脉冲群抗扰度检测

 

       电快速瞬变脉冲群抗扰度实验是一系列的高频高压瞬变脉冲施加在设备上,观察设备是否受到其干扰。防护群脉冲干扰的主要方法是“疏导”与“堵”,就像我们古代的治水一样,“疏导”就是提供泄放回路,是干扰在进入系统之前,泄放至大地,良好的屏蔽层接地,可以泄放大部分动干扰,“堵”是使群脉冲滤除在设备之外,增加磁环,效果明显,封闭磁环的效果好于对扣磁环,也可以将磁环加入到板级中,固定在印制板中,这样使设备更可靠。

       对电源线、信号线、通讯线两端增加磁环,可以对群脉冲干扰进行防护。

 

电磁兼容测试经常出现的问题及解决方法之三:雷击浪涌检测

 

     雷击浪涌主要包含两个方面,一个是电源防雷,一个是信号防雷。

电源防雷主要是针对系统级而言的,系统级设计要按照三级防雷设计,总电源进入端设置电源防雷,可以对系统的电源进行一级防护,电源经过电源防雷后,进入隔离变压器,隔离变压器可以对电磁干扰信号进行较好的防护,抑制其对系统的干扰。后进入UPS,UPS可以滤除一部分干扰信号,这样电源再进入系统设备,电源是说说纯净的电源,可以使系统更好、更可靠的工作。

     信号防雷则是对系统的信号通路进行防护,主要涉及的是板级设计,在板级设计中增加防雷器件,如气体放电管,增加TVS泄放回路,当有大电流时通过配套电阻和TVS、气体放电管泄放,对后级电路起到保护作用。而后信号进行光电隔离,再进入系统,系统可以采集到一个稳定的信号,使系统正常分析判断,正常发出指令,正常工作。另一方面就是设计较宽的信号范围,信号正常波动时,系统正常工作。

 

电磁兼容测试经常出现的问题及解决方法之四:射频场感应传导的抗扰度检测

 

       射感实验可能会对显示信号、采集驱动等造成干扰,可能使显示闪烁或黑屏,干扰设备操作,可能使采集驱动工作异常,采集不到需要的信号,无法驱动现场设备。

       射频实验是0.15k~30M频率范围内对信号线、电源进行干扰,3级强度是10V/m。

       射感防护的原则是将电源、信号线的屏蔽做好,屏蔽层良好接地,选购合适频率进行滤波,将干扰滤除。

 

电磁兼容测试经常出现的问题及解决方法之五:辐射发射检测、射频场辐射抗扰度检测

 

     该测量主要是测量系统的抗射频信号及整体屏蔽性能,只要系统做好良好的屏蔽,系统地线接地良好,系统就可以通过检测。

通过相关EMC测量,产品就可以推向市场,进行试运行了,对试运行中出现的技术,进行汇总,以备产品的改进。

     电子产品满足相关的EMC测量标准,通过测量,才可以推向市场,用户才能放心使用,极大地减小因电磁干扰发生的事故,对企业的效益、产品的推广起到积极的作用。

 

EMC寄语

 

        随着时代的发展,越来越多的电子、电气设备或系统产品都需要进行检验检测,其中EMC测试是必备的检验检测指标之一。但EMC测试项目费用较贵,EMC实验室造价昂贵,绝大部分测量设备又需要采用进口设备,导致很少检验检测机构有能力建造EMC实验室。产品的EMC性能是设计阶段赋予的,一般电子产品设计时如果不考虑EMC因素,就会很容易导致EMC测试失败,以致不能通过相关EMC法规的测试或认证。例如,产品设计研发工程师们根据需求,设计出效果良好的滤波电路,置入产品I/O(输入/输出)接口的前级,可使因传导而进入系统的干扰噪声消除在电路系统的入口处;设计出隔离电路(如变压器隔离和光电隔离等)解决通过电源线、信号线和地线进入电路的传导干扰,同时阻止因公共阻抗、长线传输而引起的干扰;设计出能量吸收回路,从而减少电路、器件吸收的噪声能量;通过选择元器件和合理安排的电路系统,使干扰的影响减少。

 

EMC技能:整改小技巧

 

1、150kHz-1MHz,以差模为主,1MHz-5MHz,差模和共模共同起作用,5MHz 以后基本上是共模。差模干扰的分容性藕合和感性藕合。一般1MHz以上的干扰是共模,低频段是差摸干扰。用一个电阻串个电容后再并到Y电容的引脚上,用示波器测电阻两引脚的电压可以估测共模干扰。

2、保险过后加差模电感或电阻。

3、小功率电源可采用PI型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。

4、前端的π型EMI零件中差模电感只负责低频EMI,体积别选太大(DR8太大,能用电阻型式或DR6更好)否则幅射不好过,必要时可串磁珠,因为高频会直接飞到前端不会跟着线走。

5、传导冷机时在0.15MHz-1MHz超标,热机时就有7dB余量。主要原因是初级BULk电容DF值过大造成的,冷机时ESR比较大,热机时ESR比较小,开关电流在ESR上形成开关电压,它会压在一个电流LN线间流动,这就是差模干扰。解决办法是用ESR低的电解电容或者在两个电解电容之间加一个差模电感。

6、测试150kHz总超标的解决方案:加大X电容看一下能不能下来,如果下来了说明是差模干扰。如果没有太大作用那么是共模干扰,或者把电源线在一个大磁环上绕几圈, 下来了说明是共模干扰。如果干扰曲线后面很好,就减小Y电容,看一下布板是否有问题,或者就在前面加磁环。

7、可以加大PFC输入部分的单绕组电感的电感量。

8、PWM线路中的元件将主频调到60kHz左右。

9、用一块铜皮紧贴在变压器磁芯上。

10、共模电感的两边感量不对称,有一边匝数少一匝也可引起传导150kHz-3MHz超标。11、一般传导的产生有两个主要的点:200kHz和20MHz左右,这几个点也体现了电路的性能;200kHz左右主要是漏感产生的尖刺;20MHz左右主要是电路开关的噪声。处理不好变压器会增加大量的辐射,加屏蔽都没用,辐射过不了。

12、将输入BUCk电容改为低内阻的电容。

13、对于无Y-CAP电源,绕制变压器时先绕初级,再绕辅助绕组并将辅助绕组密绕靠一边,后绕次级。

14、将共模电感上并联一个几k到几十k电阻。

15、将共模电感用铜箔屏蔽后接到大电容的地。

16、在PCB设计时应将共模电感和变压器隔开一点以免互相干扰。

17、保险套磁珠。

18、三线输入的将两根进线接地的Y电容容量从2.2nF减小到471。

19、对于有两级滤波的可将后级0.22uFX电容去掉(有时前后X电容会引起震荡) 。

20、对于π型滤波电路有一个BUCk电容躺倒放在PCB上且靠近变压器此电容对传导150kHz-2MHz的L通道有干扰,改良方法是将此电容用铜泊包起来屏蔽接到地,或者用一块小的PCB将此电容与变压器和PCB隔开。或者将此电容立起来, 也可以用一个小电容代替。

21、对于π型滤波电路有一个BUCk电容躺倒放在PCB上且靠近变压器此电容对传导150kHz-2MHz的L通道有干扰,改良方法是将此电容用一个1uF/400V或者说0.1uF/400V电容代替, 将另外一个电容加大。

22、将共模电感前加一个小的几百uH差模电感。

23、将开关管和散热器用一段铜箔包绕起来,并且铜箔两端短接在一起,再用一根铜线连接到地。

24、将共模电感用一块铜皮包起来再连接到地。

25、将开关管用金属套起来连接到地。

26、加大X2电容只能解决150kHz左右的频段,不能解决20MHz以上的频段,只有在电源输入加以一级镍锌铁氧体黑色磁环,电感量约50uH-1mH。

27、在输入端加大X电容。

28、加大输入端共模电感。

29、将辅助绕组供电二极管反接到地。

30、将辅助绕组供电滤波电容改用瘦长型电解电容或者加大容量。

31、加大输入端滤波电容。

32、150kHz-300kHz和20MHz-30MHz这两处传导都不过,可在共模电路前加一个差模电路。也可以看看接地是否有问题,该接地的地方一定要加强接牢,主板上的地线一定要理顺,不同的地线之间走线一定要顺畅不要互相交错的。

33、在整流桥上并电容,当考虑共模成分时,应该邻角并电容,当考虑差模成分时,应该对角并电容。

34、加大输入端差模电感。

 

产品电磁兼容骚扰源有:

 

1、设备开关电源的开关回路:骚扰源主频几十kHz到百余kHz,高次谐波可延伸到数十MHz。

2、设备直流电源的整流回路:工频线性电源工频整流噪声频率上限可延伸到数百kHz;开关电源高频整流噪声频率上限可延伸到数十MHz。

3、电动设备直流电机的电刷噪声:噪声频率上限可延伸到数百MHz。

4、电动设备交流电机的运行噪声:高次谐波可延伸到数十MHz。

5、变频调速电路的骚扰发射:开关调速回路骚扰源频率从几十kHz到几十MHz。

6、设备运行状态切换的开关噪声:由机械或电子开关动作产生的噪声频率上限可延伸到数百MHz。

7、智能控制设备的晶振及数字电路电磁骚扰:骚扰源主频几十kHz到几十MHz,高次谐波可延伸到数百MHz。

8、微波设备的微波泄漏:骚扰源主频数GHz。

9、电磁感应加热设备的电磁骚扰发射:骚扰源主频几十kHz,高次谐波可延伸到数十MHz。

10电视电声接收设备的高频调谐回路的本振及其谐波:骚扰源主频数十MHz到数百MHz,高次谐波可延伸到数GHz。

11、信息技术设备及各类自动控制设备的数字处理电路:骚扰源主频数十MHz到数百MHz(经内部倍频主频可达数GHz),高次谐波可延伸到十几GHz。

 

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