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電磁騷擾EMC問(wèn)題的故障點(diǎn)定位與分析

嘉峪檢測(cè)網(wǎng)        2023-04-17 08:10

1.電子、電氣產(chǎn)品內(nèi)的主要電磁騷擾源
 
設(shè)備開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)回路:騷擾源主頻幾十kHz到百余kHz,高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。
設(shè)備直流電源的整流回路:工頻線(xiàn)性電源工頻整流噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百kHz;開(kāi)關(guān)電源高頻整流噪聲頻率上限可延伸到數(shù)十MHz。
電動(dòng)設(shè)備直流電機(jī)的電刷噪聲:噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百M(fèi)Hz。
電動(dòng)設(shè)備交流電機(jī)的運(yùn)行噪聲:高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。
變頻調(diào)速電路的騷擾發(fā)射:開(kāi)關(guān)調(diào)速回路騷擾源頻率從幾十kHz到幾十MHz。
設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)切換的開(kāi)關(guān)噪聲:由機(jī)械或電子開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百M(fèi)Hz。
智能控制設(shè)備的晶振及數(shù)字電路電磁騷擾:騷擾源主頻幾十kHz到幾十MHz,高次諧波可延伸到數(shù)百M(fèi)Hz。
微波設(shè)備的微波泄漏:騷擾源主頻數(shù)GHz。
電磁感應(yīng)加熱設(shè)備的電磁騷擾發(fā)射:騷擾源主頻幾十kHz,高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。
電視電聲接收設(shè)備的高頻調(diào)諧回路的本振及其諧波:騷擾源主頻數(shù)十MHz到數(shù)百M(fèi)Hz,高次諧波可延伸到數(shù)GHz。
信息技術(shù)設(shè)備及各類(lèi)自動(dòng)控制設(shè)備的數(shù)字處理電路:騷擾源主頻數(shù)十MHz到數(shù)百M(fèi)Hz,高次諧波可延伸到數(shù)GHz或十幾GHz 。
 
2.騷擾源定位一般方法
 
根據(jù)測(cè)量曲線(xiàn)定位:依據(jù):超標(biāo)騷擾頻率范圍、超標(biāo)騷擾頻域分布、窄帶還是寬帶騷擾等來(lái)判斷。
根據(jù)被測(cè)設(shè)備工作方式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)定位:
內(nèi)部結(jié)構(gòu)中電路板布局是否合理?
內(nèi)部電纜走線(xiàn)是否合理?
內(nèi)部濾波器(濾波電路)安裝是否合理?
內(nèi)部電路接地和搭接方式是否合理?
機(jī)箱屏蔽是否滿(mǎn)足對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的需求?
有沒(méi)有使用標(biāo)準(zhǔn)不建議使用的半波整流和對(duì)稱(chēng)/非對(duì)稱(chēng)電源調(diào)整電路?
根據(jù)被測(cè)設(shè)備組成和功能定位:
設(shè)備內(nèi)部有否二次電源,其工作方式?
設(shè)備內(nèi)是否有驅(qū)動(dòng)電機(jī),電機(jī)類(lèi)型?
設(shè)備內(nèi)是否有變頻調(diào)速電路?
設(shè)備內(nèi)是否有數(shù)碼控制或智能控制電路?是否使用晶振?
設(shè)備內(nèi)是否存在程控的繼電器或開(kāi)關(guān)電路?
設(shè)備正常工作是否利用電磁波或微波?
設(shè)備內(nèi)是否存在工作中的無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路?
根據(jù)功能模塊工作情況進(jìn)行故障定位:
若設(shè)備的各個(gè)模塊可以暫停和恢復(fù)工作,可以通過(guò)逐個(gè)暫停這些模塊的工作來(lái)判斷騷擾來(lái)源。若模塊不可以獨(dú)立暫停和恢復(fù)工作,可以通過(guò)與該設(shè)備其它功能模塊一起組合進(jìn)行暫停和恢復(fù)工作,從而判斷騷擾的大概來(lái)源。若模塊不可以獨(dú)立暫停和恢復(fù)工作,也可以通過(guò)用待判斷模塊與其它合格設(shè)備的相關(guān)功能模塊組合并測(cè)量的方式,從而判斷騷擾的大概來(lái)源。對(duì)懷疑騷擾超標(biāo)的模塊,可以用與合格模塊臵換的方式來(lái)進(jìn)行騷擾判定。
 
3.產(chǎn)品連續(xù)傳導(dǎo)發(fā)射問(wèn)題的故障定位
 
電子、電氣產(chǎn)品連續(xù)傳導(dǎo)騷擾一般測(cè)量頻率范圍為 150kHz-30MHz或9kHz-30MHz。測(cè)量分別在電源端子及負(fù)載端子和附加端子上進(jìn)行。
連續(xù)傳導(dǎo)騷擾的主要來(lái)源:
電源整流回路的整流噪聲
交流電機(jī)的運(yùn)行噪聲
直流電機(jī)的電刷噪聲
電磁感應(yīng)加熱設(shè)備的電磁騷擾
智能控制設(shè)備的晶振
數(shù)字電路電磁騷擾
開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率及諧波騷擾
當(dāng)我們通過(guò)騷擾定位方式找到超標(biāo)點(diǎn)的騷擾來(lái)源后,即可采用相對(duì)應(yīng)的騷擾抑制措施。
 
3.1 射頻傳導(dǎo)發(fā)射試驗(yàn)失敗的原因:
(1)開(kāi)關(guān)電源或DC/DC變換器工作在脈沖狀態(tài),它們本身會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的干擾,這種干擾既有共模分量,也有差模分量。對(duì)于一般開(kāi)關(guān)電源和變換器,在1MHz以下以差模干擾為主,在1MHz以上以共模干擾為主。                             
(2)數(shù)字電路的工作電流是瞬變的,雖然在每個(gè)電路芯片的旁邊和線(xiàn)路板上都安裝了解耦電容,但還是會(huì)有一部分瞬變電流反映在電源中,沿著電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射。            
(3)機(jī)箱內(nèi)的線(xiàn)路板、電纜都是輻射源,這些輻射能量會(huì)感應(yīng)進(jìn)電源線(xiàn)和電源電路本身,形成傳導(dǎo)發(fā)射。需要注意的是,當(dāng)機(jī)箱內(nèi)各種頻率的信號(hào)耦合進(jìn)電源電路時(shí),由于電源內(nèi)有許多二極管、三極管電路,會(huì)使這些不同頻率的信號(hào)相互發(fā)生混頻、調(diào)制,甚至對(duì)干擾進(jìn)行放大,從而導(dǎo)致嚴(yán)重的干擾。
                
3.2 對(duì)電源線(xiàn)的處理
(1)檢查電源線(xiàn)附近有無(wú)信號(hào)電纜存在,有無(wú)可能是因?yàn)樾盘?hào)電纜與電源線(xiàn)之間的耦合使電源線(xiàn)的傳導(dǎo)騷擾發(fā)射超標(biāo)(這種情況多見(jiàn)于超標(biāo)頻率的頻段較高的情況下)。如有,或拉大兩者間的距離,或采取屏蔽措施。
(2)加裝電源線(xiàn)濾波器(如果已經(jīng)有濾波器。則換用高性能的濾波器),要特別注意安裝位臵(盡可能放在機(jī)箱中電源線(xiàn)入口端)和安裝情況,要保證濾波器外殼與機(jī)箱搭接良好、接地良好。對(duì)信號(hào)線(xiàn)的處理
(1)注意信號(hào)線(xiàn)周?chē)袩o(wú)其他輻射能量(附近的布線(xiàn)及印刷板的布局)被引到信號(hào)線(xiàn)上。如有,或拉大兩者的距離,或采取屏蔽措施,或考慮改變?cè)O(shè)備內(nèi)部布局和印刷板的布局。
(2)在信號(hào)線(xiàn)上套鐵氧體磁環(huán)(或鐵氧體磁夾)。
(3)對(duì)信號(hào)線(xiàn)進(jìn)行共模濾波,必要時(shí)采用濾波連接器(或?yàn)V波陣列板)。
 
4.產(chǎn)品斷續(xù)傳導(dǎo)發(fā)射問(wèn)題的故障定位
 
例如:家電類(lèi)產(chǎn)品斷續(xù)傳導(dǎo)騷擾標(biāo)稱(chēng)測(cè)量頻率范圍148.5kHz- 30MHz(實(shí)際為150kHz-30MHz)。
測(cè)量在電源端子上進(jìn)行,喀嚦聲測(cè)量的頻率點(diǎn)為:150kHz、500kHz、1.4MHz、 30MHz
斷續(xù)傳導(dǎo)騷擾的主要來(lái)源:
恒溫控制器具,程序自動(dòng)的機(jī)器和其他電氣控制或操作的器具的開(kāi)關(guān)操作會(huì)產(chǎn)生斷續(xù)騷擾。
此類(lèi)操作一般通過(guò)繼電器和程控電子/機(jī)械開(kāi)關(guān)等實(shí)現(xiàn)。
此類(lèi)騷擾一般由繼電器、開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)抖動(dòng)及非純阻負(fù)載通斷所產(chǎn)生的電涌沖擊形成。
       
4.1 斷續(xù)傳導(dǎo)騷擾測(cè)試存在問(wèn)題的相應(yīng)處理
從以上分析,我們知道若設(shè)備存在斷續(xù)騷擾測(cè)試不合格,一般是由設(shè)備的程控開(kāi)關(guān)操作產(chǎn)生的。我們可以從以下幾個(gè)方面來(lái)
考慮處理對(duì)策:
一是從內(nèi)部電路和結(jié)構(gòu)上考慮,減少其斷續(xù)騷擾,使其滿(mǎn)足測(cè)量要求。
二是從電源電路和電源結(jié)構(gòu)入手,在電源中采取適當(dāng)?shù)拇胧瑢?duì)內(nèi)部電路產(chǎn)生的斷續(xù)騷擾加以抑制,使其滿(mǎn)足測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。
 
5.產(chǎn)品輻射騷擾問(wèn)題的故障定位
 
電子、電氣產(chǎn)品輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量頻率范圍30MHz-1000MHz。
測(cè)量一般在開(kāi)闊場(chǎng)或半電波暗室中進(jìn)行。
輻射騷擾的主要騷擾來(lái)源:
開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率及諧波騷擾
交流電機(jī)的運(yùn)行噪聲、直流電機(jī)的電刷噪聲
電磁感應(yīng)設(shè)備的電磁騷擾
智能控制設(shè)備的晶振及數(shù)字電路電磁騷擾等
輻射發(fā)射解決框圖
      
當(dāng)我們通過(guò)騷擾定位方式找到輻射騷擾超標(biāo)點(diǎn)的騷擾源后,即可采用相對(duì)應(yīng)的騷擾源抑制措施。一般來(lái)說(shuō):首先抑制騷擾源,這可以通過(guò)優(yōu)化電路設(shè)計(jì)、電路結(jié)構(gòu)和排版,加強(qiáng)濾波和正確的接地來(lái)達(dá)到。其次是要切斷耦合途徑,這可以通過(guò)正確的機(jī)殼屏蔽和傳輸線(xiàn)濾波達(dá)到。
導(dǎo)致輻射發(fā)射試驗(yàn)失敗的原因:設(shè)備的輻射騷擾發(fā)射超標(biāo)有兩種可能:一種是設(shè)備外殼的屏蔽性能不完善;另一種是射頻騷擾經(jīng)由電源線(xiàn)和其他線(xiàn)纜的逸出。判斷方法是,拔掉不必要的電線(xiàn)和電源插頭,繼續(xù)做試驗(yàn),如果沒(méi)有任何改善跡象,則應(yīng)當(dāng)懷疑是設(shè)備外殼屏蔽性能不完善;如果有所改善,則有可能是線(xiàn)纜的問(wèn)題。如果針對(duì)以上兩種可能,采取了必要措施,仍然沒(méi)有任何改進(jìn),則有可能是設(shè)備上余下線(xiàn)纜的問(wèn)題。工作時(shí)產(chǎn)生脈沖電壓或電流的設(shè)備在進(jìn)行輻射發(fā)射試驗(yàn)時(shí)容易失敗。
 
 
設(shè)備產(chǎn)生輻射發(fā)射的原因按照影響大小排序如下:
(1)設(shè)備外拖的、沒(méi)有經(jīng)過(guò)濾波的非屏蔽電纜。設(shè)備外拖的任何電纜都是高效的輻射天線(xiàn),無(wú)論這根電纜上是否傳輸高頻信號(hào),它都是最主要的輻射源。一個(gè)錯(cuò)誤的概念是:只有傳輸高頻信號(hào)或數(shù)字信號(hào)的電纜才會(huì)產(chǎn)生輻射。電纜產(chǎn)生的輻射以共模輻射為主,對(duì)于傳輸高頻信號(hào)或數(shù)字脈沖信號(hào)的電纜,所傳輸?shù)男盘?hào)本身就是輻射源。對(duì)于傳輸?shù)皖l或直流信號(hào)的電纜,共模電壓主要由機(jī)箱內(nèi)的電磁波感應(yīng)上電纜,或者由線(xiàn)路板的地線(xiàn)和電源線(xiàn)噪聲引起。
(2)高頻濾波不良的電源電纜。
另一個(gè)重要的輻射源就是濾波不良的電源線(xiàn)電纜,這是一個(gè)極容易被忽視的問(wèn)題。在電源線(xiàn)上安裝濾波器已經(jīng)成為一個(gè)規(guī)范性的設(shè)計(jì)。但是許多人僅認(rèn)識(shí)到電源線(xiàn)濾波器對(duì)傳導(dǎo)發(fā)射的作用,而沒(méi)有認(rèn)識(shí)到它對(duì)輻射發(fā)射的影響。實(shí)際上很多輻射發(fā)射超標(biāo)都是電源線(xiàn)濾波不良引起的。
(3)非屏蔽機(jī)箱(機(jī)箱內(nèi)的線(xiàn)路板和電纜)
許多商業(yè)設(shè)備采用了沒(méi)有經(jīng)過(guò)導(dǎo)電涂覆處理的塑料機(jī)箱,這類(lèi)機(jī)箱對(duì)電磁波沒(méi)有屏蔽作用,因此線(xiàn)路板及內(nèi)部互連電纜產(chǎn)生的輻射都是不容忽視的。一般含有微處理器電路的設(shè)備使用非屏蔽機(jī)箱很難滿(mǎn)足商業(yè)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)輻射發(fā)射限制的要求。
(4)屏蔽層端接不良的屏蔽電纜。
有些設(shè)備雖然采用屏蔽電纜作為互連電纜,但是電纜屏蔽層并沒(méi)有接到正確的位臵,或者沒(méi)有按照360°端接的原則端接,從而產(chǎn)生輻射。
(5)屏蔽機(jī)箱上的縫隙和孔洞
屏蔽機(jī)箱的泄漏主要來(lái)自機(jī)箱上的孔洞和縫隙。特別是當(dāng)孔洞和縫隙附近有電纜、線(xiàn)路板等輻射源時(shí),孔洞和縫隙的泄漏十分明顯。
 
6.騷擾功率問(wèn)題的故障定位
 
一般認(rèn)為,聲頻功率放大器、音/視盤(pán)機(jī)、錄音機(jī)等設(shè)備,它們30MHz以上的輻射發(fā)射主要是通過(guò)與其相連的電源線(xiàn)和其他連接線(xiàn)向外輻射的。因此可以用電源線(xiàn)和其他連接線(xiàn)上的騷擾功率來(lái)定義其輻射騷擾性能。
形成騷擾功率泄漏的騷擾源分析
騷擾功率泄漏的騷擾源與輻射發(fā)射騷擾源基本相同,此處不再加以分析。
導(dǎo)致功率發(fā)射試驗(yàn)失敗的原因
由于功率發(fā)射試驗(yàn)的頻率較高(30~300MHz),因此導(dǎo)致這項(xiàng)試驗(yàn)失敗的主要原因是電源線(xiàn)濾波裝臵的高頻插入損耗不足。
對(duì)可能存在的問(wèn)題總結(jié)如下:
(1)濾波器電路沒(méi)有屏蔽,這種情況經(jīng)常發(fā)生在將濾波電路安裝在線(xiàn)路板上的場(chǎng)合,高頻干擾直接耦合進(jìn)濾波電路,造成濾波器失效;
(2)濾波器本身高頻性能不良,在100MHz以上插入損耗很小;
(3)使用非屏蔽機(jī)箱,導(dǎo)致濾波器的金屬外殼無(wú)處端接;
(4)使用非屏蔽機(jī)箱,干擾直接耦合到電源線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)上,濾波器實(shí)際上沒(méi)有起作用;
(5)在屏蔽機(jī)箱中,濾波器離電源進(jìn)口過(guò)遠(yuǎn)、造成干擾直接耦合到電源線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)上;
(6)在屏蔽機(jī)箱中,濾波器外殼與金屬機(jī)箱之間連接阻抗過(guò)大(沒(méi)有直接搭接,而是通過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)連接);
 (7)濾波器的輸入線(xiàn)與輸出線(xiàn)靠得很近,發(fā)生耦合,導(dǎo)致濾波器的高頻插人損耗不足。
 

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