某设备电磁兼容测试整改实例分析

高荣山



某设备电磁兼容测试整改实例分析

高荣山

（中国电波传播研究所，山东青岛 266107）

对某设备在电磁兼容测试中出现的问题进行了分析，分别对电源线传导发射和电场辐射发射测试不达标提出了提高电磁兼容性能的整改方案，尤其对设备开关电源辐射超标和改进措施进行了分析，对整改前后结果进行试验验证，证明整改措施合理有效。

电磁兼容测试 传导发射 辐射发射 开关电源 功率因数校正

0 引言

某设备按照GJB151A/152A进行电磁兼容性(EMC)测试，测试项目包括发射干扰和干扰敏感度共5项，测试中发现CE102(10 kHz～10 MHz，电源线传导发射)和RE102(2 MHz～l8 GHz，电场辐射发射)不达标。其中， CE102传导发射测试中在100 kHz以下有2个超过极限值的频点；RE102电场辐射发射测试时，2~10 MHz、30~120 MHz以及250~300 MHz频段内均有超过极限值的频点。经过分析、定位、整改、验证，最终通过测试。

1 设备组成

该设备主要由电源、发射机、接收机、KVM一体机和加固计算机等组成，所有设备均安装在19英寸机柜上。其中，加固计算机包括数字接收机和系统主机，均为CPCI板卡形式，设备电源为1kW开关电源，输出直流24 V和48 V。CPCI加固计算机为控制中心，通过CAN总线控制发射机，通过RS422接口控制接收机并对接收机输出中频信号进行数字接收处理，人机交互接口通过KVM一体机实现。

设备框图如图1所示：

图1 设备系统框图

2 设备电磁兼容设计及分析

考虑到无线电系统要求设备底噪尽可能低，设备方案设计时就从电路板级设计、接地、屏蔽设计等方面进行了电磁兼容设计，具体包括在开关电源设计、电路板布局和布线时均考虑噪声干扰和电磁干扰问题；结构工艺中对发射机、电源等机箱安装导电衬垫和通风波导；设备机柜内使用接地铜板设置安全地、数字地、模拟地，在机柜接地端汇流实现单点接地。同时考虑设备使用时对外的电磁辐射干扰，对设备发射波形进行成型滤波，减小设备乱真发射。但设备是否符合GJB151A/152A有关地面设备的电磁兼容要求，还需进行测试进行分析和评估。

3 电磁兼容测试

设备进行电磁兼容测试时所有设备加电、运行设备软件并工作正常，但发射机不在测试频段内进行功率发射。测试项目包括发射干扰（CE102、RE102）和干扰敏感度（CS101、cS114、CS116）共5项。测试时干扰敏感度均顺利通过，但CE102、RE102测试存在超标频点，其中，CE102传导发射测试在100 kHz以下有2个超过极限值的频点，测试结果如图2所示。RE102电场辐射发射测试时，3~30 MHz、30~200 MHz频段内存在多个超过极限值的频点，测试结果如图3、图4所示。

图2 CE102测试结果(AC 220 L线 )

图3 RE102测试结果（2~30 MHz）

图4 RE102测试结果（30~200 MHz 垂直极化）

4 电磁兼容整改及验证

4.1 电源线传导发射（CE102）

电源线传导发射主要测试机柜输入电源线的传导发射，100 kHz以下的干扰主要为差模传导干扰信号。检查电源输入滤波器设计中差模滤波仅通过一个磁环，考虑增加差模滤波电感。整改中在电源交流输入火线和零线上各串联一个铁粉芯绕制电感，电感值约1uH，同时增加一级共模抑制器，最终测试合格。

图5 整改后CE102测试结果

4.２ 电场辐射发射（RE102）

设备RE102测试频段为2 MHz~18 GHz，针对测试中多个频段均有超标频段的情况，采取各个分机单独测试的方法进行主要辐射源的查找和定位，主要结果如下：

1) 开关电源在2~10 MHz、30~120 MHz频率范围内存在不合格频点；

2) KVM一体机在30~200 MHz范围内存在不合格频点；

3) 发射机和接收机射频设备的晶振、本振频率存在泄漏，但不超标。

开关电源在2 MHz至10 MHz直接的辐射主要为开关电源开关频率及其谐波影响，30 MHz以上的辐射主要为开关管开关噪声和整流二极管的反向恢复电流，采取对电源整体屏蔽技术，对连接电路进行多点接地，增大DC输出端共模电感电量并增加CBB并联电容的整改措施，结果10 MHz以下干扰降低明显，但30~120 MHz仍不满足要求。

经分析电源工作原理如图6所示，电源由输入滤波、整流、功率因数校正电路后经开关转换、二次整流、滤波后输出。在电源空载情况下将PFC单元短路，测试30~120 MHz频段干扰明显降低，判断PFC电路为干扰源。

图6 开关电源工作原理框图

采取整改措施：

1) PFC升压二极管由一般肖特基二极管改用SiC二极管并串联磁珠、并联吸收电阻；

2) 在PFC控制开关管D、S脚之间加高压陶瓷电容；

3) 在PFC电路输出连接变压器端增加CBB电容。

整改后恢复到电源正常工作状态进行测试，测试结果满足要求。

对于KVM一体机，经过诊断，发现在KVM一体机的显示器边角上存在比较大的泄漏，针对此现象，整改如下：

1) 增加KVM一体机中显示器内部金属丝网与结构件接触面积，并对显示器内部电路采取进一步的屏蔽措施；

2) 屏蔽电缆在进设备时屏蔽层必须与屏蔽体360°的接触，保证阻抗足够小。

对其他设备机箱安装孔、缝隙、电缆进线端等易对外产生泄漏的位置进行封堵，减小电磁波对外泄漏途径。整改后对设备整机进行测试，在280 MHz左右仍存在超标限值约1 dB的频点，如图7所示。

将机柜内设备连接线缆做屏蔽处理，将电缆两端接地，将中间端与机柜地搭接，并进行分类固定处理，最终测试合格，如图8所示。

图7 分机整改后RE102测试结果（2 MHz~18 GHz 垂直极化）

图8 整改后RE102测试结果

5 结语

系统设备的电磁兼容测试需要考虑的问题很多，测试中应对出现的问题对症分析，采取相应的措施。要顺利通过测试，要求在系统设计中仔细分析可能引起电磁辐射和敏感度失效的电路并采取相应的措施，尤其是开关电源，在设计之初就应确定采取的拓扑结构和电磁兼容措施，同时考虑PCB布局、布线、屏蔽、接地等措施，才能保证设备整机的抗干扰性能。

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A Modification Case of EMC Test to an Equipment

Gao Rongshan

(China Research Institute of Radio-wave Propagation, Qingdao 266107, Shandong, China)

TM397

A

1003-4862（2014）02-0051-03

2013-07-23

高荣山（1980-），男，高级工程师。专业方向：无线电技术及信号处理。