您当前的位置:检测资讯 > 科研开发

RE辐射问题分析

嘉峪检测网        2022-05-30 15:01

EMC是对一个电子工程师能力的一个全面考量,整改过程可能会涉及到结构,软件,硬件,从芯片级,板级到系统级的各个层级,EMC问题中最为常见的就是RE辐射类问题。

 

RE实验的目的是测量产品通过空间传播的辐射骚扰场强,RE实验的依据的标准包括以下:CISPR25,GB18655(国标),ECE-R10.05,欧盟汽车EMC指令2004-104-EC等标准,当然对于各大厂家来说,会根据对产品的要求,在标准的基础上超出标准上限的限值。

 

天线极化方式包括垂直和水平两种,一般来说,30MHz以下仅选择垂直极化方式,30MHx以上选择垂直和水平两种极化方式。

 

天线按照测量频率可简单分为:单极垂直天线(30MHz以下,只有垂直极化方向),双锥天线(30MHz-300MHz),对数天线(1GHz以下),喇叭天线(1GHz以上)。

 

RE辐射问题分析

RE辐射问题分析

RE辐射问题分析

RE辐射问题分析

 

1.)实验产品

 

车载娱乐产品

 

2.)实验设置图

 

3.)实验问题描述及解决

 

在频率范围为530KHz-1.7MHz,扫描频率9KHz,发现两段宽带超标,如下图黄色区域所示:

 

RE辐射问题分析

 

经初步分析,两段超标的频段应该是经过展频处理,可以计算两端的频差得出干扰频率值,计算两波形的差值1.385MHz-985KHz=400KHZ,对照前期整理的板子所有干扰频率值,怀疑是主机的400KHz的开关电源&背光400KHz开关电源(金属后盖)引起,首先尝试断开背光的400KHz开关电源,发现没有明显改善,在断开背光400KHz基础上,再断开主机400KHz的开关电源(两个开关电源供电没有关联),发现超标消失。

 

问题分析到此处,怀疑干扰源来自背光的400KHz和主DCDC电源的400KHz叠加所致,背光400KHz的电源芯片我们做了屏蔽罩处理,可能辐射贡献值不高,我们先进行主机400KHz开关电源的优化,我们从干扰源,堵,疏角度分析,我们先从路径的堵,疏角度出发,耦合方式分为公共阻抗耦合,容性耦合,感性耦合和空间辐射耦合,对于已经发生的传导类辐射问题,如果从堵的角度出发,可以采用串联电阻/磁珠的方式,考虑到频点较低,磁珠多用于MHz级别的滤波处理,低频处理效果可能不一定理想,从堵的角度出发不一定能获得良好效果,也可以考虑疏的方法,常见的有选用对地电容进行滤波处理,减小耦合距离,增大有效接触面积,涉及到改版,我们暂时先不做考虑;

 

或者对于空间辐射类耦合,可以选用接地屏蔽罩,对于未确定是哪类耦合方式,这也是方法之一。

 

RE辐射问题分析

 

我们在开关电源后端增加47uf的电容,重新测试,发现效果有所改善,但是仍然超标,而且该产品对此开关电源的位置有限高的要求,需要尝试别的方法。

 

 RE辐射问题分析

 

我们尝试从干扰源的角度分析解决问题,可以选择增加开关频率/减小mosfet管开关时间/选择大电感/RCsnabber吸收等方向分析,在分析电路时发现该开关电源的电路选择了470nH的电感,开关电源后端负载最大电流为2A,根据公式:                    

 

 RE辐射问题分析

 

当电感越大时,纹波越小,由于设计图纸时负载是按照最大负载2A计算,按照负载电流的25%来计算纹波,电感可以选择470nH,但是实际的工作电流是0.7A左右,选择470nH的电感,可能会引起电源工作在DCM模式。我们选择4.7uH的电感重新测试该频段,发现超标现象得到很好解决。

 

RE辐射问题分析

 

看到这里,可能很多人就会认为主机的开关电源就是引起超标的主要因素,其实不然,第一次去除干扰源1,没有明显降低,在去除干扰源1的基础上,去除干扰源2后,超标明显降低了,只能说明干扰源2相对剩下的干扰源是数量级最大的,因为EMC测试的单位是db,并不是简单的十进制数相加减,具体的分析我会在下文中解答。最后我们再恢复背光的400KHz的电源,仅仅优化主机400KHz的开关电源电路,超标问题仍可以得到解决,这时才说明主机的400KHz是主要干扰源,仅优化主机的400KHz电路即能通过该频段测试。

 

回想整个过程,主要是由于前期设计时对负载的评估有误,未选择合适的电感导致的,这也是一个很好的经验教训。下文我会解释为什么在去除一个干扰源1的基础上,再去除一个干扰源2,哪怕幅值降低很多,也不能认为干扰源2是主要干扰源的原因,希望能够给大家带来一些参考,谢谢。

 

接上文去除干扰源1(背光开关电源),测试结果未有明显改善,在去除1的基础上,再去除干扰源2(主机开关电源),发现测试结果有了明显改善,我们可以说干扰源2就是“罪魁祸首”么?可能很多人都会认为是的,包括做了很多EMC测试的人恐怕也会这么认为,然而并不是的,别急,且听我慢慢道来。

 

首先,答案是干扰源2并不一定就是“罪魁祸首”。

 

Why   EMC实验中RE是以dbuv为单位,并不是我们常用的计算单位V,在RE测试中是用这个公式计算频点辐射强度的:

 

RE辐射问题分析

 

式中:u1,u2,u3是不同的彼此独立的干扰源。

 

从式中可以看出RE的测试结果并不是简单的u1+u2+u3...

 

列举一个实例分析问题,某次实验中,RE测试结果为60dbuv,去除干扰源u1之后,RE测试结果为50dbuv,在去除干扰源1基础,再去除干扰源2,RE测试结果为20dbuv,再去除干扰源3,RE测试结果为10dbuv,如果思考过程中不加入对数的信息,可能会很直观的认为,去除干扰源1对RE帮忙不大(仅仅由60dbuv下降到50dbuv),去除干扰源2对实验结果最有效(由50dbuv下降到20dbuv)。

 

加入对数信息分析该问题,RE实测结果为60dbuv,换算成十进制为u1+u2+u3=1000uv;

 

去除干扰源1 后RE实测结果为50dbuv,换算成十进制为u2+u3=316uv;

 

去除干扰源2后RE实测结果为20dbuv,换算成十进制为u3=10uv。

 

从上面的计算结果就可以很方便的看出,u1=784uv,u2=315ub,u3=10uv。

 

真相是u1才是最主要的干扰因素,u2次之,u3是三者中最小值。

 

我们再回到开头的这个问题,为什么说干扰源2并不一定是“罪魁祸首”呢,也有一种情况,去除干扰源1 后波形的确是几乎没有变化(只下降1dbuv不到,或者更小),去除干扰源2后幅值下降很多,这个时候也可以说干扰源2是“罪魁祸首”。

 

EMC实验dbug本身就是精神体力双重压力活,再花时间一个个计算哪个是主要干扰源,可能会增加工作量,那么该如何快速的定位RE干扰源问题呢。

 

How  当对一个干扰源采取了去除措施后,哪怕没有明显改善,也不要舍弃这个措施,而是在去除该干扰源的基础继续去除其他的可能干扰源,一直采取到去除某个干扰源后,发现辐射能够满足实验要求,并留有一定的余量,此时可以停止去除其他干扰源的措施。

 

下一步需要做的就是逐一增加之前的干扰源,首先需要考虑的是那些成本较高,或者难以实现的措施,当增加这个干扰源后没有超标,则可以继续增加其他干扰源的措施,一直到增加某个干扰源后,发现无法满足实验标准了,这样我们就可以重点关注剩下的那些干扰源了。

 

至此,完成辐射类debug的框架图,至于怎么解决干扰源超标的问题,这是个时间积累的过程,个人觉得EMC本身就是个玄学,只有不断地实践中尝试,犯错,再回到理论来,才能成长的更快,用马克思主义观点就是理论要联系实际,从实践中来,再回到实践中去。

 

分享到:

来源:电磁兼容EMC