涨知识:EMC诊断常用知识与技巧(二)
2019-07-18 10:10 共有 人浏览

         通过之前那篇文章,相信大家对EMC整改的常用知识也有所了解了,本篇文章重点分享EMI部分的诊断技巧及案例分析。

一、如何判定噪声类型?
        1、传导噪声类型定位
不同噪声类型,处理方式不同
        针对传导骚扰,行业内的经验是从超标的频率范围判定噪声是差模还是共模噪声,然后采取相应的整改措施。这个分类是根据大量测试数据和整改经验而得出的结论,对工程分析具有很好的参考价值。
        2、辐射噪声类型定位
不同噪声类型,处理方式不同
        上图是辐射测试图片,可以看到有不同形状的噪声,如馒头波、尖峰脉冲,我们可以从测试波形大致判定是电源噪声或系统频率噪声发射出来的。不同的噪声有不同的处理方法,重点是找准干扰源。通常开关电源的噪声从频谱看是连续的,通常我们叫它“馒头波”或“宽带噪声”;而系统频率通常是孤立的,因此也叫“尖峰脉冲”或“窄带尖峰”。

        了解了EMI从波形判定噪声类型后,如果出现问题,该如何分析噪声是从哪里出来的呢?接下来看看EMI的分析三部曲。

二、EMI分析三部曲
        EMI超标一般主要由以上三部分导致:电缆、结构、单板。在遇到EMI问题时,也需从这三个方面诊断。接下来针对这三种超标情况,分享一下诊断技巧。首先来看电缆导致的超标问题。
        1、电缆超标定位
         针对EMI,特别是辐射发射,大多数情况下是从线缆辐射出来的。出现这种情况后,首先要判定整个系统有哪些电缆,如信号电缆、电源电缆。在保证产品正常运行的情况下,可以先将信号电缆完全去掉,再检验是否有问题。如果某个电缆去掉后测试结果变化很大甚至合格了,说明此条路径存在很大的干扰,可以采取相应的处理方法。
        如果把信号电缆全部去除后,仍然没有变化,再检验电源电缆问题。针对电源电缆有一个比较的诊断措施是使用磁环,直接在电线上绕两圈测试,确定改善效果。如果效果改善明显,很大可能是电源端滤波没有处理好,反之要从结构或单板去分析。
        2、结构超标定位
        针对结构问题,这个用来作为整改措施相对来说比较少,但用来定位是没有问题的。结构导致的超标主要是金属壳中的缝隙及孔洞,这个可以使用之前曾介绍的频谱分析仪进行探测。如果缝隙做了屏蔽措施,则要检查屏蔽材料的选型、安装是否存在问题,那如果没有使用这些,可以使用带屏蔽功能的导电纸进行处理,看是否有改善效果。
        对于孔洞来说,针对磁场与电场的处理方式是不一样的。磁场主要考虑噪声源距离孔洞的距离,而电场主要考虑孔洞大小和噪声波长的关系。
        3、单板超标定位
        上述两个方面都是针对于传播途径来讲的,而单板则有所不同,它属于真正的噪声源。如果电缆、结构都排除完毕,便要对单板进行定位,确定单板本身是否满足要求。在设计时首先要保证单板满足要求,这需要对单板进行测试,判定噪声是电源噪声还是系统频率。如果是电源噪声则对电源进行处理,一般电源供应商针对EMC都会有相应的解决方案,如果没有,则可以咨询供应商。如果是系统频率,则对晶振、时钟等信号进行处理。如果解决不了,则可以考虑增加一些额外的滤波器件、屏蔽等措施进行改善。
        如果已经有较为完善的滤波电路,而实际又没有起到很好的滤波效果,通常需要考虑滤波器件的选择参数、结构、布局是否合理,或者是否可靠接地,接地点的位置。
三、EMI案例解析
        案例1、电感选型与匹配
馒头波,以电源噪声为主,从电源滤波出发
        案例1,如图在进行辐射测试时出现超标,通过观察测试波形图,大致可以判断出属于电源噪声。因此首先考虑对电源进行处理。根据超标现象与定位思路,将电源线以外的其他线都去除,发现没有较大的改善。然后在电源线套个磁环,辐射下降很多,所以可以判定噪声是从电源线出来的。
不同电感量的电感串联使用,提升滤波带宽
        根据排查结果,电源噪声、非信号线辐射,套磁环效果明显,因此可对电源端口进行滤波。通过观察电路板,发现三个问题需要注意:
        1、三个电源并联,容易引起相互串扰,增强噪声;
        2、滤波电路U型布局,容易引起滤波电路失效;
        3、UU型共模电感高频抑制效果不明显。
        考虑到使用磁环可以有效改善滤波效果,因此大致可以判定:可对滤波电路参数进行完善,使用一个共模电感能起到一定的改善作用,但会引起其他频率上升,为提高滤波带宽,使用两个不同感量的电感串联即可解决此问题。
        案例2、显示屏排线辐射
尖峰脉冲,以系统频率为主,从系统滤波出发
        案例2,测试辐射时出现超标,辐射波形如图所示,由图可知,这是一个典型的系统频率导致的超标问题。同样的判断方法,从电缆、结构、单板去分析。测试时,除了电源线,外部没有额外的信号线,测试之前,使用频谱分析进行探测,发现液晶显示屏的噪声比较大。所以在现场整改时,把液晶显示屏排线去掉,测试结果非常好。因此可以判定噪声是从液晶排线辐射出来的,这便需要对晶振及时钟信号、传输线进行处理。
晶振电源及输出、时钟信号、信号线需重点处理
        现场处理时,对带有时钟信号的信号线进行滤波处理,发生明显的改善效果,然后对排线进行屏蔽处理并接信号地,可以完全满足要求。通过整改可以知道时钟信号要处理好,晶振滤波、时钟滤波、布局走线等内部传输线都能成为很好的天线。
        案例3、滤波器件位置不当
典型滤波电路,X电容靠近电源输入端口,置于共模之后
        案例3,这个产品需求满足CLASS B要求,由上图可以看出,只能满足CLASS A要求,B级低频段不满足要求,从经验判断是差模噪声引起为主。但是从滤波电路设计看,X电容、共模电感均有,为什么在这个频段会产生问题呢?原因在于滤波器件的位置对传导同样有影响。
滤波电路应遵循最大不匹配原则,高低阻搭配

        滤波电路的设计有两个重要的参数:源阻抗与负载阻抗。滤波结构设计一般要遵循高低配原则,如LC。我们知道传导机的LISN与EUT输入端口的连接时,靠近EUT端口的是一个50uH电感,按照匹配原则其后应接下一个低阻抗的器件,如电容。因此将X电容移到共模电感之前后,完全满足要求。从这个案例所得出的经验是,在滤波器的设计或整改上,可适当调整滤波结构,同时要遵循滤波器最大不匹配原则。


        案例4、电源输出接PE传导问题

输出接地一般会导致传导、浪涌、EFT变差

        案例4,现在很多系统在设计时,基于安规、产品功能实现或EMC性能要求,会将电源的输出地或信号地与金属机壳(PE)直接连接、或者通过RC间接连接。这种设计方式,经常会出现传导骚扰测试超标的问题,而当电源输出地或信号地不接时,测试则可以通过。这个案例是一个典型电源输出地接PE导致的传导骚扰测试失效问题。

针对输出接地情况,输入、输出滤波均要兼顾,要同时考虑增强电源滤波,增加输出滤波

        那输出地接PE为什么会导致传导骚扰变差呢,主要原因有两个:
        ①一般开关电源在输出端只做整流滤波,不会做一些专门的EMC滤波;
        ②输出接地后形成了一条直接的共模路径,如果不接地,只能靠对地分布电容形成共模路径。
         针对有输出接地,在设计时,不仅要做好输入端滤波,输出端的滤波同样需要做好。这个案例做输入滤波时改善不明显,对输出滤波改善明显,在很多客户应用中都得到验证。

        因此, 针对输出接地情况,输入、输出滤波均要兼顾,同时要考虑增强电源滤波,增加输出滤波。


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