在這個高科技迅猛發(fā)展的時代,各類電子電氣設備層出不窮,電磁環(huán)境也日益復雜。電子設備進行必要的電磁兼容EMC測試,成為必然選擇。但EMC測試項目費用較貴,EMC實驗室造價昂貴,絕大部分測量設備又需要采用進口設備,導致建造EMC實驗室較困難。產(chǎn)品的EMC性能是設計階段賦予的,一般電子產(chǎn)品設計時如果不考慮EMC因素,就會很容易導致EMC測試失敗,以致不能通過相關EMC法規(guī)的測試或認證。例如,產(chǎn)品設計研發(fā)工程師們根據(jù)需求,設計出效果良好的濾波電路,置入產(chǎn)品I/O(輸入/輸出)接口的前級,可使因傳導而進入系統(tǒng)的干擾噪聲消除在電路系統(tǒng)的入口處;設計出隔離電路(如變壓器隔離和光電隔離等)解決通過電源線、信號線和地線進入電路的傳導干擾,同時阻止因公共阻抗、長線傳輸而引起的干擾;設計出能量吸收回路,從而減少電路、器件吸收的噪聲能量;通過選擇元器件和合理安排的電路系統(tǒng),使干擾的影響減少。
電磁兼容性(EMC,即Electromagnetic Compatibility)是指設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設備產(chǎn)生無法忍受的電磁騷擾的能力。因此,EMC包括兩個方面的要求:一方面是指設備在正常運行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁騷擾(Electromagnetic Disturbance)不能超過一定的限值;另一方面是指設備對所在環(huán)境中存在的電磁騷擾具有一定程度的抗擾度,即電磁敏感性(Electromagnetic Susceptibility,即EMS)。
一、靜電放電ESD抗擾度檢測
靜電分為接觸放電和空氣放電,靜電是積累的高壓,當接觸到設備的金屬外殼時會瞬間放電,會干擾到電子設備的正常工作,可能引起設備故障或重啟,在安全性規(guī)則較好的場合這是不允許的。
靜電會干擾顯示效果,可能出現(xiàn)顯示閃爍或黑屏,干擾正常顯示和操作。靜電還有可能引起CPU工作異常,程序死機或重啟,這在客戶的正常使用中都是不允許的。
如果在產(chǎn)品詳細設計階段采用EMC的相關設計,做靜電抗擾度實驗不必過分擔心,通過設計,對靜電積累的電荷進行良好的泄放,一般都不會干擾系統(tǒng)的正常工作。
二、電快速瞬變脈沖群EFT抗擾度檢測
電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗是一系列的高頻高壓瞬變脈沖施加在設備上,觀察設備是否受到其干擾。防護群脈沖干擾的主要方法是“疏導”與“堵”,就像我們古代的治水一樣,“疏導”就是提供泄放回路,是干擾在進入系統(tǒng)之前,泄放至大地,良好的屏蔽層接地,可以泄放大部分動干擾,“堵”是使群脈沖濾除在設備之外,增加磁環(huán),效果明顯,封閉磁環(huán)的效果好于對扣磁環(huán),也可以將磁環(huán)加入到板級中,固定在印制板中,這樣使設備更可靠。
對電源線、信號線、通訊線兩端增加磁環(huán),可以對群脈沖干擾進行防護。
三、雷擊浪涌沖擊抗擾度試驗檢測
雷擊浪涌主要包含兩個方面,一個是電源防雷,一個是信號防雷。
電源防雷主要是針對系統(tǒng)級而言的,系統(tǒng)級設計要按照三級防雷設計,總電源進入端設置電源防雷,可以對系統(tǒng)的電源進行一級防護,電源經(jīng)過電源防雷后,進入隔離變壓器,隔離變壓器可以對電磁干擾信號進行較好的防護,抑制其對系統(tǒng)的干擾。后進入UPS,UPS可以濾除一部分干擾信號,這樣電源再進入系統(tǒng)設備,電源是說說純凈的電源,可以使系統(tǒng)更好、更可靠的工作。
信號防雷則是對系統(tǒng)的信號通路進行防護,主要涉及的是板級設計,在板級設計中增加防雷器件,如氣體放電管,增加TVS泄放回路,當有大電流時通過配套電阻和TVS、氣體放電管泄放,對后級電路起到保護作用。而后信號進行光電隔離,再進入系統(tǒng),系統(tǒng)可以采集到一個穩(wěn)定的信號,使系統(tǒng)正常分析判斷,正常發(fā)出指令,正常工作。另一方面就是設計較寬的信號范圍,信號正常波動時,系統(tǒng)正常工作。
四、射頻場感應傳導騷擾抗擾度CS檢測
傳導抗擾度抗擾度試驗可能會對顯示信號、采集驅動等造成干擾,可能使顯示閃爍或黑屏,干擾設備操作,可能使采集驅動工作異常,采集不到需要的信號,無法驅動現(xiàn)場設備。
傳導抗擾度試驗是0.15MHz~80MHz頻率范圍內對信號線、電源進行干擾,3級強度是電壓為10V。
射感防護的原則是將電源、信號線的屏蔽做好,屏蔽層良好接地,選購合適頻率進行濾波,將干擾濾除。
五、EMC整改小技巧
1、150kHz-1MHz,以差模為主,1MHz-5MHz,差模和共模共同起作用,5MHz 以后基本上是共模。差模干擾的分容性藕合和感性藕合。一般1MHz以上的干擾是共模,低頻段是差摸干擾。用一個電阻串個電容后再并到Y電容的引腳上,用示波器測電阻兩引腳的電壓可以估測共模干擾。
2、保險過后加差模電感或電阻。
3、小功率電源可采用PI型濾波器處理(建議靠近變壓器的電解電容可選用較大些)。
4、前端的π型EMI零件中差模電感只負責低頻EMI,體積別選太大(DR8太大,能用電阻型式或DR6更好)否則幅射不好過,必要時可串磁珠,因為高頻會直接飛到前端不會跟著線走。
5、傳導冷機時在0.15MHz-1MHz超標,熱機時就有7dB余量。主要原因是初級BULk電容DF值過大造成的,冷機時ESR比較大,熱機時ESR比較小,開關電流在ESR上形成開關電壓,它會壓在一個電流LN線間流動,這就是差模干擾。解決辦法是用ESR低的電解電容或者在兩個電解電容之間加一個差模電感。
6、測試150kHz總超標的解決方案:加大X電容看一下能不能下來,如果下來了說明是差模干擾。如果沒有太大作用那么是共模干擾,或者把電源線在一個大磁環(huán)上繞幾圈, 下來了說明是共模干擾。如果干擾曲線后面很好,就減小Y電容,看一下布板是否有問題,或者就在前面加磁環(huán)。
7、可以加大PFC輸入部分的單繞組電感的電感量。
8、PWM線路中的元件將主頻調到60kHz左右。
9、用一塊銅皮緊貼在變壓器磁芯上。
10、共模電感的兩邊感量不對稱,有一邊匝數(shù)少一匝也可引起傳導150kHz-3MHz超標。11、一般傳導的產(chǎn)生有兩個主要的點:200kHz和20MHz左右,這幾個點也體現(xiàn)了電路的性能;200kHz左右主要是漏感產(chǎn)生的尖刺;20MHz左右主要是電路開關的噪聲。處理不好變壓器會增加大量的輻射,加屏蔽都沒用,輻射過不了。
12、將輸入BUCk電容改為低內阻的電容。
13、對于無Y-CAP電源,繞制變壓器時先繞初級,再繞輔助繞組并將輔助繞組密繞靠一邊,后繞次級。
14、將共模電感上并聯(lián)一個幾k到幾十k電阻。
15、將共模電感用銅箔屏蔽后接到大電容的地。
16、在PCB設計時應將共模電感和變壓器隔開一點以免互相干擾。
17、保險套磁珠。
18、三線輸入的將兩根進線接地的Y電容容量從2.2nF減小到471。
19、對于有兩級濾波的可將后級0.22uFX電容去掉(有時前后X電容會引起震蕩) 。
20、對于π型濾波電路有一個BUCk電容躺倒放在PCB上且靠近變壓器此電容對傳導150kHz-2MHz的L通道有干擾,改良方法是將此電容用銅泊包起來屏蔽接到地,或者用一塊小的PCB將此電容與變壓器和PCB隔開。或者將此電容立起來, 也可以用一個小電容代替。
21、對于π型濾波電路有一個BUCk電容躺倒放在PCB上且靠近變壓器此電容對傳導150kHz-2MHz的L通道有干擾,改良方法是將此電容用一個1uF/400V或者說0.1uF/400V電容代替, 將另外一個電容加大。
22、將共模電感前加一個小的幾百uH差模電感。
23、將開關管和散熱器用一段銅箔包繞起來,并且銅箔兩端短接在一起,再用一根銅線連接到地。
24、將共模電感用一塊銅皮包起來再連接到地。
25、將開關管用金屬套起來連接到地。
26、加大X2電容只能解決150kHz左右的頻段,不能解決20MHz以上的頻段,只有在電源輸入加以一級鎳鋅鐵氧體黑色磁環(huán),電感量約50uH-1mH。
27、在輸入端加大X電容。
28、加大輸入端共模電感。
29、將輔助繞組供電二極管反接到地。
30、將輔助繞組供電濾波電容改用瘦長型電解電容或者加大容量。
31、加大輸入端濾波電容。
32、150kHz-300kHz和20MHz-30MHz這兩處傳導都不過,可在共模電路前加一個差模電路。也可以看看接地是否有問題,該接地的地方一定要加強接牢,主板上的地線一定要理順,不同的地線之間走線一定要順暢不要互相交錯的。
33、在整流橋上并電容,當考慮共模成分時,應該鄰角并電容,當考慮差模成分時,應該對角并電容。
34、加大輸入端差模電感。
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