安身立命:整改笔记(一)

最近做CE测试,碰到一些问题,进行整改后有不错收获。

测试配置分为四个部分,第一部分是LISN,取样电路:连接接收机,量测线路上的共模骚扰和差模骚扰。其原理是通过LC滤波电路隔离来自电网的高频杂讯的同时,通过取样电阻分压来自EUT工作所产生的杂讯,以电压的形式在接收机内进行频域分析。

取样电路

滤波电路:由X,Y电容和共模电感组成,通过X电容旁路来自EUT工作的差模骚扰,Y电容旁路共模骚扰,而电感则降低高频共模骚扰幅值,同时其漏感也有部分滤除差模骚扰的能力。滤波器的参数需要合理配置,以针对不同频段来自EUT的高频杂讯。

滤波电路

工作电路:变频器包括整流和逆变两个单元,其中逆变过程是主要的噪声源,这里主要有三类噪声,一类是逆变开关电路频率的倍频,频率较低;其次是逆变控制电路的高频骚扰,频率较高;再就是低压电路供电电源的高频开关骚扰,频率最高。

工作电路

负载电路:变频器所驱动的电机,这部分主要作为高频骚扰传导路径存在,直接往AC端口的电磁杂讯大部分会被滤波器滤掉,电机负载存在和接地平面的较大的分布电容,对较高频率的共模骚扰而言,是一条较为通畅的骚扰传导路径。

负载电路

逆变开关的主频倍频,频率在150KHz以下,这部分骚扰很稳定,通过线径传播,直接被LISN电阻取样,一般而言,由于频率特性以及开关电路的能效以及散热考量,从源端整改的几率很小,只能通过滤波处理。同时滤波电路在这个频段因参数的缘故,在这个频段存在谐振现象,效果大幅下降。一方面修改滤波器参数,变更谐振点到不在测试频率范围内,再就是额外增加前置滤波,尽量分流从骚扰源到LISN的传播路径上的骚扰。在低频段,可以用LTSPICE仿真工具进行滤波器参数的调整,以达到最佳效果。如下图,在10-100KHz,不同的滤波参数有大约10~20dB的衰减。

滤波器仿真

控制电路中频骚扰,一般是共模信号,共模骚扰通过地线回路,这里有两条地线,一条是实际存在AC电源线的地线,另外一条是分布参数通过接地参考平面回到LISN的地线回路。前者上面的骚扰会经过主滤波版,其Y电容会吸收部分骚扰,同时共模电感也会有抑制效果。针对后者这条路径是从电机线经过测试架对接地参考平面的分布电容到LISN,再经过共模电感回到骚扰源。这部分骚扰部分旁路了滤波板上的Y电容。从以上路径来看,增大共模电感能够有效抑制接收机取样的共模电流,同时考虑到共模电感的饱和因素,这需要共模电感感量变大的同时并具备抗饱和能力,在实际产品中较难实现。

傅里叶变换

通过路径分析,这个共模源实际存在一条内部PE的回路,然而在测试中没有起到应有的作用:实际上滤波板的PE和电机线的屏蔽层在电路上是连接在一起,然而滤波版的Y电容并没有起到应有的作用,这说明这段电路连接对于高频骚扰实际上高阻,从结构上看屏蔽层通过导线焊接到PCB板,再通过导线连接到滤波版的PE,然后在通过搭接的方式接入滤波板,这段地回路的高频阻抗较高,因此没能起到应有的旁路作用,通过直接将屏蔽层搭接到Y电容的PE,让其起到应有的回路作用。当然这条路径的还有一个处理方法,就是降低透过电机线到电机架的骚扰电流,有效的方式是增加一个共模电感,从整改的角度而言,也确实印证了推论,至于可以用何种可行的方式实现这种对策,需要考虑到实用性。

针对DC-DC电源的骚扰,根据工作频率的判断,主要来自开关电路通过变压器的层间寄生电容作为一个共模骚扰通路,最终传导到LISN。有两种方法处理,一方面是通过输出共模电感进行抑制,再就是直接旁路变压器层间寄生电容,例如通过Y电容旁路骚扰,降低被LISN耦合到的共模骚扰。增加共模电感,增大整个环路的阻抗,降低共模电流从而降低LISN取样电阻上的分压。或者增加变压器之间地回路电容旁路共模杂讯,从而直接降低向外发射的骚扰电平。相较而言,后一种实现方式简单且成本更低。

经过这次整改,对产品的CE特性有了进一步提升,对EMC整改也总结一些经验。

1.      建模,整改初始阶段先对配置根据电磁兼容原则进行简单建模,这个模型因为细节不全会忽略很多因素,随着整改过程的深入,逐渐修正和补强在这个过程种发现的模型漏失,一步步地逼近问题的关键点。

2.      分析,根据建立的模型,进行电路逻辑分析,包括电磁骚扰的路径,影响,以及产品在受到干扰后的现象,通过干扰源分析和敏感源分析两个方面,逐渐建立起联系,并在实际作业中利用左右逼近原则进行验证

3.      整改,建立详细的验证追踪表,将每个细节详细记录,并且在分析过程中将不同的对策进行比对,慢慢地剔除影响较小的因子,最后集中在建立干扰源与敏感源之间的联系上,在此过程中不断强化模型,探讨,吸收他人建议,避免撞墙式的整改。

4.      总结,阶段总结,有些案子比较复杂,可能一个阶段一无所获,但必须阶段总结,分析之前所做的模型,验证结果,得出阶段结论,作为下一阶段的指导性意见。结案后也要进行总结,提出疑问,增强对细节的理论与操作把握,积累经验。

Published by Echo Zhou

Life as poem, Death beyond water!

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