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嘉峪檢測網(wǎng) 2021-11-15 13:10
EMC試驗中的故障診斷處理與整改經(jīng)驗匯總
根據(jù)試驗的項目不同，本講中涉及到的內容包括：設備自身工作時的輻射騷擾發(fā)射及傳導發(fā)射超標；設備的抗擾度性能不合格（如靜電放電、射頻輻射電磁場、電快速瞬變脈沖群、雷擊浪涌、以及由射頻場感應所引起的射頻電流注入）等等。
1. 輻射發(fā)射超標
設備的輻射騷擾發(fā)射超標有兩種可能，一種是設備外殼的屏蔽性能不完善；另一種是射頻騷擾經(jīng)由電源線和其他線纜的逸出。判斷方法是，拔掉不必要的電線和電源插頭，繼續(xù)做試驗，如果沒有任何改善跡象，則應當懷疑是設備外殼屏蔽性能不完善；如果有所改善，則有可能是線纜的問題。如果針對以上兩種可能，采取了必要措施，仍然沒有任何改進，則有可能是設備上余下線纜的問題。
1.1 金屬機箱屏蔽性能不完善
⑴ 機箱的縫隙過大，或機箱配合上存在問題處理意見：
① 清除結合面上的油漆、氧化層及表面沾污；
② 增加結合面上的緊固件數(shù)目及接觸表面的平整度；
③ 采取永久性的接縫（要連續(xù)焊接）；
④ 采用導電襯墊來改善接觸表面的接觸性能。
⑵ 其他功能性開孔過大
處理意見：
① 通風口采用防塵板，必要時采用波導通風板，但后者成本昂貴；
② 顯示窗口采用帶有屏蔽作用的透明材料；或采用隔艙，并對信號線采取濾波；
③ 對鍵盤等采用隔艙，并對信號線采取濾波。
⑶ 機箱內部布線不當，電磁騷擾透過縫隙逸出
處理意見：將印刷板及設備內部布線等可能產(chǎn)生輻射騷擾的布局遠離縫隙或功能性開孔的部位，或采取增加屏蔽的補救措施或重新布局。
1.2 非金屬機箱
① 對機箱進行導電性噴涂，特別要注意在結合部分的縫隙也要進行噴涂，保證機箱有導電性的連接；
② 對產(chǎn)生輻射騷擾和可能產(chǎn)生輻射騷擾的部分采取局部屏蔽，并將所有進入或離開屏蔽體的導線要進行濾波或套上吸收磁環(huán)；
③ 對內部布線和印刷線路板的布局重新考慮，盡可能使信號及其回線的環(huán)路為最小。
1.3 線纜問題（包括懷疑是設備上余下線纜的問題在內）
⑴ 對電源線的處理
① 加裝電源線濾波器（如果己經(jīng)有濾波器，則換用高性能的濾波器），要特別注意安裝位置（盡可能放在機箱中電源線入口端）和安裝情況，要保證濾波器外殼與機箱搭接良好、接地良好；
② 如果不合格的頻率比較高，可考慮在電源線入口的部分套裝鐵氧體磁環(huán)。
⑵ 對信號線的處理
① 在信號線上套鐵氧體磁環(huán)（或鐵氧體磁夾）；
② 對信號線濾波（共模濾波）；必要時將連接器改用濾波陣列板或濾波連接器；
③ 換用屏蔽電纜。屏蔽電纜的屏蔽層與機箱盡量采用360°搭接方式，必要時在屏蔽線上再套鐵氧體磁環(huán)。
2. 傳導發(fā)射超標
設備的傳導騷擾發(fā)射超標，主要是線纜方面的問題，但超標的頻率通常都比較低，處理起來常感麻煩。
⑴ 對電源線的處理
① 檢查電源線附近有無信號電纜存在，有無可能是因為信號電纜與電源線之間的耦合使電源線的傳導騷擾發(fā)射超標（這種情況多見于超標頻率的頻段較高的情況下）。如有，或拉大兩者間的距離，或采用屏蔽措施；
② 加裝電源線濾波器（如果己經(jīng)有濾波器，則換用高性能的濾波器），要特別注意安裝位置（盡可能放在機箱中電源線入口端）和安裝情況，要保證濾波器外殼與機箱搭接良好、接地良好；
③ 雖經(jīng)采取措施，設備傳導騷擾發(fā)射仍未達標（特別是在低頻段沒有達標）。此時可考慮在設備內部線路連接接地端子的地方串入一個電感。由于這部分連接屬單點接地，平時無電流流過，因此這個電感可以做得很大，而無須擔心有鐵芯的飽和問題。采取這一措施的理由是，設備傳導騷擾發(fā)射測試，實際上是共模電壓測試（電源線對大地的騷擾電壓測試），電源線上有工作電流流過，故濾波器的濾波電感值受制于工作電流，不能做得很大，濾波器的插入損耗也就有限，特別是低頻端的損耗更加有限。新方案里的附加電感正好可以彌補這—缺憾，從而取得更好的傳導騷擾的抑制能力。
⑵ 對信號線的處理
① 注意信號線周圍有無其他輻射能量（附近的布線及印刷板的布局）被引到信號線上。如有，或拉大兩者的距離，或采用屏蔽措施，或考慮改變設備內部布局和印刷板的布局；
② 在信號線上套鐵氧體磁環(huán)（或鐵氧體磁夾）；
③ 對信號線進行共模濾波，必要時采用濾波連接器（或濾波陣列板）。注意濾波器的參數(shù)，傳導騷擾發(fā)射超標的頻率比輻射騷擾發(fā)射超標的頻率得低些，因此取用的元件參數(shù)應當偏大一些。
3. 抗靜電干擾不合格
靜電放電的抗擾度試驗有直接放電和間接放電兩種，直接放電是放電槍直接透過設備的表面對設備進行放電；間接放電則是放電槍對設備旁邊的物體放電（在試驗中用放電槍對設備旁邊的水平和垂直耦合板的放電來模擬）。
3.1 直接放電
因對象不同，可能有金屬和非金屬兩種外殼。
⑴ 非金屬機箱
非金屬機箱的最大好處是外殼由絕緣材料制成，一般情況下是放不出電的，但如果設備內部布局過于靠近外殼的縫隙，或者表面材料絕緣強度不夠，都有可能使該設備的抗靜電干擾試驗不合格。
可采取躲的措施。例如可在縫隙部分用絕緣板來加強隔離；或用楔口來增加放電路徑。對有導電插口的部分，把插口做得深一點、縫細一點。總之，要通過結構設計的辦法，不讓靜電放電試驗在該設備上放出電來。
⑵ 金屬機箱
對金屬機箱，靜電放電試驗肯定能在機箱表面放出電來，問題是怎樣才能使放電對設備正常工作的影響變得最小。
十分明顯，一臺外殼導電性連接良好的設備，加上設備外殼有低阻抗的接地措施，靜電放電電流將能在設備外殼上迅速得到排遣，這在一般情況下是不會對設備造成干擾的。
反之，在放電的最初幾微秒里，由于放電電流波形中擁有豐富的高頻諧波，如果機箱的導電連接欠佳，加上接地的低阻抗考慮不夠時，還是可以在機箱表面建立一個高頻電磁場，構成對設備內部線路的一定干擾。
⑶ 線纜及其他部分
按標準規(guī)定，設備正常工作期間，凡操作人員可以觸摸到的部位都屬于應該進行靜電放電試驗的部位。這樣看來，除了設備外殼，對設備表面的顯示部分以及電源線和I/O線等部位也屬于應該放電試驗的部位。
對顯示屏，應考慮采用透明屏蔽材料進行保護，關鍵是讓屏蔽材料與設備外殼間保證有致密的電接觸。
對電源線、I/O線，采用屏蔽、濾波（共模濾波）及套用鐵氧體磁環(huán)（或鐵氧體磁夾，根據(jù)導線的形狀決定鐵氧體的形狀）等措施。其中，對I/O線還可采用瞬變電壓吸收二極管來吸收，及采用光電隔離器來隔離等措施。
3.2 間接放電
間接放電主要是通過由放電產(chǎn)生的電磁場來影響設備的工作。因此，對于外殼有屏蔽作用的設備肯定比不屏蔽的要好。另外，即使外殼不屏蔽也不等于該設備一定會在外界電磁場的作用下出現(xiàn)誤動作，這主要看該設備的布線和印刷板布局對電磁場的敏感情況，以及敏感部位與放電板（指試驗用的垂直和水平耦合板）的相對距離。
對于非金屬機箱的設備，還可以考慮通過外殼的導電性噴涂來達到屏蔽的目的。
4. 抗射頻輻射電磁場干擾不合格
按標準要求，抗射頻輻射電磁場干擾試驗主要是針對設備表面來進行的。事實上，設備的電源線和I/O線也同時曝露在射頻輻射電磁場的下面，故電源線和I/O線也有可能充當被動天線，而將干擾引入設備內部，導致設備誤動作。
對于設備抗輻射電磁場干擾不合格的處理意見與設備的輻射騷擾發(fā)射超標的處理意見是相似的，只是電磁場的走向不一樣，前者是外界干擾影響內部線路工作；后者是內部騷擾逸出設備，造成輻射騷擾發(fā)射的超標。
5. 抗脈沖群干擾不合格
從脈沖群試驗的本意來說，主要是進行共模干擾試驗，只是干擾脈沖的波形前沿非常陡峭，持續(xù)時間非常短暫，因此含有極其豐富的高頻成分，這就導致在干擾波形的傳輸過程中，會有一部分干擾從傳輸?shù)木€纜中逸出，這樣設備最終受到的是傳導和輻射的復合干擾。
針對脈沖群干擾，主要采用濾波（電源線和信號線的濾波）及吸收（用鐵氧體磁芯來吸收）。采用鐵氧體磁芯吸收的方案非常便宜也非常有效，但要注意做試驗時鐵氧體磁芯的擺放位置，就是今后要使用鐵氧體磁芯的位置，千萬不要隨意更改，因為我們一再強調脈沖群干擾不僅僅是一個傳導干擾，更麻煩的是它還含有輻射的成分，不同的安裝位置，輻射干擾的逸出情況各不相同，難以捉摸。一般將鐵氧體磁芯用在干擾的源頭和設備的入口處為最有效。
6. 抗浪涌干擾試驗不合格
雷擊浪涌試驗的最大特點是能量特別大，所以采用普通濾波器和鐵氧體磁芯來濾波、吸收的方案基本無效，必須使用氣體放電管、壓敏電阻、硅瞬變壓吸收二極管和半導體放電管等專門的浪涌吸收器件才行。
雷擊浪涌試驗有共模和差模兩種，因此浪涌吸收器件的使用要考慮到與試驗的對應情況。為顯現(xiàn)使用效果，浪涌吸收器件要用在進線入口處。由于浪涌吸收過程中的di/dt特別大，在器件附近不能有信號線和電源線經(jīng)過，以防止因電磁耦合將干擾引入信號和電源線路。此外，浪涌吸收器件的引腳要短；吸收器件的吸收容量要與浪涌電壓和電流的試驗等級相匹配。
最后，采用組合式保護方案將能發(fā)揮不同保護器件的各自特點，從而取得最好的保護效果。
7. 由射頻場感應所引起的傳導干擾抗擾度試驗不合格
從試驗方式看，由射頻場感應所引起的傳導干擾抗擾度試驗是共模試驗，在經(jīng)過前述幾項試驗（特別是靜電放電、射頻輻射電磁場和脈沖群試驗）后，一般應無大礙，萬一有問題，主要是通過對濾波的加強，及改善設備內部的布線和布局來得到解決。關于傳導發(fā)射超標一節(jié)中的不少內容，在這里也是適用的，只是電磁干擾的走向不一致。
EMC整改小技巧:
差模干擾與共模干擾
差模干擾：存在于L-N線之間，電流從L進入，流過整流二極管正極，再流經(jīng)負載，通過熱地，到整流二極管，再回到N，在這條通路上，有高速開關的大功率器件，有反向恢復時間極短的二極管，這些器件產(chǎn)生的高頻干擾，都會從整條回路流過，從而被接收機檢測到，導致傳導超標。
共模干擾：共模干擾是因為大地與設備電纜之間存在寄生電容,高頻干擾噪聲會通過該寄生電容，在大地與電纜之間產(chǎn)生共模電流，從而導致共模干擾。
下圖為差模干擾引起的傳導FALL數(shù)據(jù)，該測試數(shù)據(jù)前端超標，為差模干擾引起：
下圖為開關電源EMI原理部分：
圖中CX2001為安規(guī)薄膜電容（當電容被擊穿或損壞時，表現(xiàn)為開路）其跨在L線與N線之間，當L-N之間的電流，流經(jīng)負載時，會將高頻雜波帶到回路當中。此時X電容的作用就是在負載與X電容之間形成一條回路，使的高頻分流，在該回路中消耗掉，而不會進入市電，即通過電容的短路交流電讓干擾有回路不串到外部。
對差模干擾的整改對策：
1. 增大X電容容值
2. 增大共模電感感量，利用其漏感，抑制差模噪聲（因為共模電感幾種繞線方式，雙線并繞或雙線分開繞制，不管哪種繞法，由于繞制不緊密，線長等的差異，肯定會出現(xiàn)漏磁現(xiàn)象，即一邊線圈產(chǎn)生的磁力線不能完全通過另一線圈，這使得L-N線之間有感應電動勢，相當于在L-N之間串聯(lián)了一個電感）
下圖為共模干擾測試FALL數(shù)據(jù)：
電源線纜與大地之間的寄生電容，使得共模干擾有了回路，干擾噪聲通過該電容，流向大地，在LISN-線纜-寄生電容-地之間形成共模干擾電流，從而被接收機檢測到，導致傳導超標（這也可以解釋為什么有的主板傳導測試時，不接地通過，一夾地線就超標。USB模式下不接地時，電流回路只能通過L-二極管-負載-熱地-二極管-N,共模電流不能回到LISN，LISN檢測到的噪聲較小，而當主板的冷地與大地直接相連時，線纜與大地之間有了回路，此時若共模噪聲未被前端LC濾波電路吸收的話，就會導致傳導超標）
對共模干擾的整改對策：
1. 加大共模電感感量
2. 調整L-GND，N-GND上的LC濾波器，濾掉共模噪聲
3. 主板盡可能接地，減小對地阻抗，從而減小線纜與大地的寄生電容。
EMC寄語：隨著時代的發(fā)展，越來越多的電子、電氣設備或系統(tǒng)產(chǎn)品都需要進行檢驗檢測，其中EMC測試是必備的檢驗檢測指標之一。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，導致很少檢驗檢測機構有能力建造EMC實驗室。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。
EMC技能: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?；蛘邔⒋穗娙萘⑵饋?， 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。
2、產(chǎn)品電磁兼容騷擾源有：
1、設備開關電源的開關回路：騷擾源主頻幾十kHz到百余kHz，高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。
2、設備直流電源的整流回路：工頻線性電源工頻整流噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百kHz；開關電源高頻整流噪聲頻率上限可延伸到數(shù)十MHz。
3、電動設備直流電機的電刷噪聲：噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百MHz。
4、電動設備交流電機的運行噪聲：高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。
5、變頻調速電路的騷擾發(fā)射：開關調速回路騷擾源頻率從幾十kHz到幾十MHz。
6、設備運行狀態(tài)切換的開關噪聲：由機械或電子開關動作產(chǎn)生的噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百MHz。
7、智能控制設備的晶振及數(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MHz。
8、微波設備的微波泄漏：騷擾源主頻數(shù)GHz。
9、電磁感應加熱設備的電磁騷擾發(fā)射：騷擾源主頻幾十kHz，高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。
10電視電聲接收設備的高頻調諧回路的本振及其諧波：騷擾源主頻數(shù)十MHz到數(shù)百MHz，高次諧波可延伸到數(shù)GHz。
11、信息技術設備及各類自動控制設備的數(shù)字處理電路：騷擾源主頻數(shù)十MHz到數(shù)百MHz（經(jīng)內部倍頻主頻可達數(shù)GHz），高次諧波可延伸到十幾GHz。
來源：Internet
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