电磁兼容 传导抗扰度基础知识及实例分析

图1.2 某产品电源端口传导骚扰的组成和水平
经过初步分析，可能有以下四个原因 （1）“变压器”问题产生传导骚扰 （2）电源中“开关管”产生的传导骚扰 （3）“PCB”设计缺陷产生的传导骚扰 （4）“辅助设备”产生的传导骚扰 测试时，首先将与变压器有关的因素去 掉，结果如图1.3所示
图1.3 去掉“变压器”有关因素后传 导骚扰的组成和水平
图2.5 双线绕制的铁氧体磁环安装在电源入口处
在电源入口处串联双 线并绕三圈的铁氧体 磁环线圈后，测试结 果明显好转，如图2.5 所示。 铁氧体阻抗、频率特 性曲线如图2.6所示
图2.6 铁氧体阻抗、频率特性曲线（一圈）
思考与启示 （1）在实践中，铁氧体对EFT/B干扰 的抑制特别有效，若产品中能找到比较好 的安装位置，那铁氧体磁环将是提高产品 EFT/B抗扰度能力的最佳选择。 （2）用导线绕制铁氧体磁环时，线圈 起始端与终止端远离（夹角大于40°）以 防止线圈输入/输出之间耦合较大
从图1.3中可以看出，测试 结果并没有明显减小，所 以，所以认为“变压器” 不是导致传导骚扰超标的 主要原因。 再对电源中“开关管”进 行处理，去掉其对电源端 口传导骚扰不利的因素， 传导骚扰的组成和水平如 图1.4所示
图1.4 去掉“开关管”有关因素后电源端口 传导骚扰的组成和水平
从上图1.4可以开关管 也不是主要导致电源端 口传导骚扰超标的主要 原因。 接下来再对“PCB”进 行检查，改进“PCB” 中原来的缺陷,传导骚扰 的组成和水平如图1.5 所示
总结 在实际测试中，正确诊断EMI的方法是， 当对一个可能的骚扰源采取了抑制措施之 后，即使没有明显的改善，也不要将这个 措施去掉，当采取倒某个措施时，如果骚 扰幅度降低了很多，并能通过测试，并不 一定说明这个骚扰源是主要的，而说明这 个骚扰源相对于后面几个骚扰源来说是量 级最大的一个，
第二章 实际案例分析
图1.5 只去掉“PCB”有关因素后的电源端 口 传导骚扰的组成和水平
从图1.5可以看出 “PCB”也不是导致电 源端口传导骚扰超标 的主要原因，从变化 的相对幅度看，似乎 也可以忽略“PCB”的 因素
到此为止还未解决产品中传导骚扰超标的问题， 其实主要原因是测试人员忽视了频谱分析仪上显 示的信号幅度（显示结果）是以dB为单位显示的。 我们假设由“变压器”问题产生的传导骚扰电平 为Vn；因电源中“开关管”问题产生的传导骚扰 电平为0.7Vn，因“PCB”问设计缺陷产生的传导 骚扰电平为0.1Vn，因“辅助设备”产生的传导骚 扰电平为0.01Vn，接下来再进行分析
图2.4 双线扰之的铁氧磁环
解决办法 测试中用两根导 线，双线并绕铁氧体 磁环三圈（双线并绕 是因为EFT/B 干扰时 以共模的形式出现 的），铁氧磁环的外 径为25mm，内径为 15mm，高为12mm相 对磁导率为800），如 图2.4所示
铁氧体磁性材料简介 主要特点：电阻率远大于金属磁性材料，这便抑 制了涡流的产生 ，使铁氧体能够应 用于高频的 领域 原理及应用：铁氧体在电路原理上可认为是电阻 和电感的串联，应用在产品中对EFT/B抗扰度有 明显的提升，主要是由于铁氧体中有等效电阻的 成分，电阻是一种耗能器件，他将EFT/B信号的 能量转化成热能发散。所以通常铁氧体对高频干 扰这种效果称为“吸收”
衰减
由功率的分贝可以退出电压的分贝值，由 P = U 2 / R 所以电压的分贝值表示为 由于 dB=20lgU1/U2
在EMC领域中通常用dBµV直接表示电压的大 小， dBµV及电压相对于1µV。
1.3 正确理解分贝的含义
在进行EMC测试时，经常发现许多人经过长 时间努力，任然没有排除故障，造成这种现 象的原因很可能是诊断工作陷入“死循环” 下面举一个例子说明 假设一个系统在测试时出现了传导骚扰超标， 系统不能满足EMC标准CISPR22中对传导骚 扰CLASS B的限值，如图1.2所示
图2.3 TVS移至磁珠前面的原理图
思考与启示 在防浪涌保护和高 频噪声抑制电路或电容 旁路共存的的场合，一 定要采用先防浪涌，后 高频抑制的原则，否则 浪涌电流可能会对抑制 高频的原件造成损坏。
案例二 铁氧体磁环与EFT/B抗扰度
现象描述 某种单相电表在电源端口进行幅度为 ±1KV的EFT/B（电快速瞬变脉冲群抗扰度 测试 ）抗扰度的测试，发现点表中的微处理 器出现不正常的工作现象，即频繁复位、显 示乱码、通信失效，有时还出现死机现象。
主要内容
基础知识 案例分析
第一章：理论基础
1.1 时域与频域 任何信号都可以通过傅里叶变换建立其时域与频 域的关系，如下式所示：
t
H(f)=
∫ x (t ) e
0
− j 2 π . 函数，H(f)是该信号的 频域函数。
梯形脉冲的频谱如图1.1所示。
图1.1 梯形脉冲的频谱
案例一 磁珠位置不当引起的浪涌测试问题 案例二 铁氧体磁环与EFT/B抗扰度
案例一 磁珠位置不当引起的浪涌测试 问题
现象描述 某产品在一接口电路中进行电压为 ±500V的浪涌测试时，接口电路工作不正常， 信号中断，测试后也不能自行恢复。经过检 查，发现串联在接口信号线上用来抑制高频 噪声的磁珠发生损坏，呈开路状态。
图2.1 产品电路结构原理图
接口电路原理图如图2.1 所示，从原理图可以明显 看到TVS用来进行浪涌保 护、磁珠用来用来对高频 信号进行抑制。当接口进 行浪涌实验时，浪涌电流 将首先流过磁珠，然后进 过TVS泄放到地，从而使 后一级接口芯片免受浪涌 电流或电压的冲击
图2.2 TVS管电压—电流特性图
电路分析 浪涌试验中采用的电流波形或电压波形都会 在极短的时间内释放大量能量，本接口的TVS能 承受的最大脉冲功率为500W，其钳位电压在10V 左右，可以承受数十安培的电流，而使用的磁珠 额定电流仅为100mA，在浪涌实验室流过磁珠的 电流将大于这个值，而造成损坏 处理措施 将TVS移至磁珠前面，使浪涌大电流不经过 磁珠，原理如图2.3所示
TVS管简介 TVS的工作原理与稳压二 极管相似，在反向应用条件下， 当承受一个高能量的大脉冲时， 其电阻立即降到极低的导通值， 从而允许大电流通过同时把电 压钳制在预定水平，其特性曲 线如图2.2所示 2.2 使用中应该注意为了不损坏 TVS，直流回路中它的反向击 穿电压为（1.8—2）Udc，Udc 为回路中直流工作电压，信号 回路中TVS的工作电压为 （1.2—1.5）Umax，Umax为 信号回路中峰值电压
从图1.1可以看到，梯形脉冲的频谱由 主瓣和无数个副瓣组成，每个副瓣虽然也 有最大值，但是总的趋势是随频率的增加 而下降的。 上升时间为tr，宽度为t的梯形脉冲频谱 峰值包含两个转折点，一个是1/πt,另一个 是1/πtr。，频谱幅度低频端是常数，经过 第一个转折点后以-20dB/10倍频下降，过 另一个转折点后以-40dB/10倍频下降。
由图1.7可知，同时去 掉“变压器”、“开 关管”、“PCB”有关 因素后，测试后结果 会有很大的改善。
图1.7 同时去掉三个因素后电源端口的 传导骚扰组组成和水平
下面我们来分析产生这种状况的原因 实际上，虽然“PCB”贡献值的绝对值只有 0.1Vn，且相对“变压器”、“开关管”产生的传 导骚扰电压Vn、0.7Vn来说，是一个很小的值， 但是由于它相对于“辅助设备”产生的骚扰电平 0.01Vn来说，却是一个很高的值，因此在“变压 器”、“开关管”没去除的情况下，“PCB”因素 变得微不足道，而在它们两项去除的情况下， “PCB”因素的去除则变得举足轻重了。
图1.6 同时去掉“变压器”和“开关管”有关因 素后 电源端口传导骚扰的组成和水平
图1.6为同时去掉“变压器” 和“开关管”有关因素后 传导骚扰的组成和水平， 由图可知同时去掉“变压 器”有关因素和“开关管” 有关因素后，测试结果就 会有明显的改善，但是还 是没有达到CLASS B的要 求，在此基础上再去掉原 来认为毫无关系的“PCB” 因素，测试结果如图1.7所 示
原因分析 一般情况要解决EFT/B的干扰，一般可从以下三个方 面入手 （1）改变EFT/B干扰电流的流向，使其不经过产品中 敏感电路 （2）在EFT/B干扰还未到达敏感电路时进行抑制，例 如在在电源入口处增加对EFT/B干扰信号有抑制作用的滤 波器。 （3）增加电路本身的抗干扰能力，即使有EFT/B干扰 电流流过，也不会出现异常现象。 其中方法(1)、(3)是在产品构架设计和电路设计时就应 该考虑的问题，方式(2)是产品后期解决EFT/B抗扰度问题 最简单也是最有效的方法
所以在电路设计时，在保证逻辑正常功 能情况下，尽可能增加上升时间和下降时 间，有助于减少高频噪声。 从上图也可以看出，频率较低的信号 一般也不容易产生具有较高电平的高次谐 波噪声
1.2 电磁骚扰单位分贝的概念
电磁骚扰通常用分贝来定义，分贝的原始 定义为两个功率比较值取对数后再乘以10， 如下图所示 dB=功率比=10lgP1/P2 P1 P2
磁珠简介
磁珠由氧磁体组成，它能把交 流信号转化为热能，而电感只能 把交流能量存储起来，缓慢释放 出去。磁珠对高频信号有较大的 阻碍作用，在低频时电阻比电感 小的多，当导线中电流穿过时， 铁氧体对低频的电流几乎没有什 么阻抗，而对较高频率的电流会 产生较大的衰减作用，高频电流 会以能量的形式释放出去