电源线传导干扰诊断和整改方法研究

许振召，江传华

（中国船舶重工集团第七二二研究所）

电源线传导干扰诊断和整改方法研究

许振召，江传华

（中国船舶重工集团第七二二研究所）

本文介绍了电源线传导干扰的基本概念和特点，根据差模/共模干扰原理，提出了几种差模/共模干扰诊断方法。在此基础上，结合滤波器原理，对差模/共模干扰各自的整改方法进行了分析。最后列举了实际整改案例，验证了相关方法。

传导干扰；差模；共模；诊断和整改

引言

随着现代科学技术的发展, 大量电子电气产品得到广泛应用，带来了一系列的电磁兼容（EMC）问题，对产品的EMC性能提出了极其严格的要求。

按照EMC原理，电气及电子设备工作时会产生电磁噪声影响其他设备，同时也可能会受到外界电磁环境的影响。若产品电磁产生电磁噪声造成其他设备、装置或系统的异常或功能降低，则称该产品出现电磁干扰（EMI）问题。其中，在电子电气产品EMC测试中,电源线传导干扰一直是一种常见的EMI干扰类型，经常会导致产品无法通过相关标准认证测试。本文在共模/差模干扰原理基础上，介绍了几种常见的电源线传导干扰诊断方法，并有针对性地提出了相应的抑制措施和对策，以期对广大电子工程技术人员提供帮助。

1 共模干扰和差模干扰

传导干扰一般分为共模（CM）干扰和差模（DM）干扰。电子电气产品电源线至少由两根导线组成，即相线（正线）和中线（负线），在这两根导线之外，一般还存在第三导体，即地线。图1中UCM即为共模干扰,干扰信号通过相线中线作去路,地线作为回路传输；UDM为差模干扰，干扰信号通过相线与中线构成的回路传输[1]。

差模干扰在相线和中线中大小相等, 相位相反；共模干扰在相线和中线中同时存在，大小相等，相位相同。共模干扰和差模干扰一般同时存在于产品的电源线传导干扰信号中。由于它们的产生机理、传输回路均不相同,其各自有效的抑制对策和手段也存在很大区别。电源线传导干扰测试出现超标情况时，对其主要影响因素究竟是差模还是共模的诊断就成为一项重要课题，对提高整改效率至关重要。

图1 共模干扰和差模干扰

2 共模/差模干扰诊断方法

在日常的认证测试工作中，经常遇到电源线传导测试超标的问题，如何进行整改呢？是每位设计师需要面对的问题，首先必须分析超标的频率范围、诊断超标的干扰类型和干扰的量级大小，才能有的放矢的进行整改。

2．1 超标频段预分析

根据大量产品传导干扰测试的经验，一般来讲，若传导干扰测试结果在1MHz频段以下超标，通常是差模干扰的超标的可能性比较大，而反之，在1MHz以上频段超标，则是共模干扰超标的可能性较大[2]，如图2所示。通过超标频段预分析，可以大致判断产品超标可能的干扰类型。

2．2 射频电流探头测量诊断

通过超标频段大致确定产品干扰类型，虽然较为简便易行，但是不够精确，没有定量数据支撑，存在较大的不确定性，还不能以此为确切依据进行下一步的整改工作，需要诊断超标的干扰的量级大小，指导后续整改中分析计算。

由于差模干扰和共模干扰仅在电源线两根导线某一根导线中方向相同，在另外一根导线中方向相反；并且其干扰电流在相线和中线中大小相等。根据电磁感应原理，如图3、4所示，利用电流探头，通过改变电源线相线和中线的摆放位置，可以分别单独测量到共模电流和差模电流的大小。

图3中差模干扰电流IDM同时存在于相线和中线中，大小相等，但方向相反，根据电磁感应原理，二者彼此抵消，共模电流ICM方向相同大小相等，探头测得的只有共模电流分量；而图4情况刚好相反，探头内共模电流ICM方向相反大小相等，互相抵消，而差模电流IDM方向相同大小相等，探头测得的只有差模电流分量。

3 针对性的电源线传导干扰超标整改对策

3．1 使用电源线滤波器

对于电源线传导干扰问题，最主要的解决措施就是使用电源线滤波器。电源线滤波器通常是由串联电感和并联电容组成的低通滤波器，由于共模干扰和差模干扰的存在，其基本电路是共模滤波电路和差模滤波电路的组合[3]。

图5为电源线滤波器电路原理图。其主要元器件包括: 差模电容Cx、共模电容Cy和共模扼流圈L1。共模扼流圈L1即共模电感，普通电源线滤波器中往往不单独安装差模电感，而通过共模扼流圈L1的漏电感来产生差模电感L1d，以实现差模滤波功能，L1d一般估算为L1共模电感量的0.5 %～1 %。差模电容和电感、共模电容和电感分别构成了滤波器的差模和共模滤波电路，其等效电路图如图6（a）、（b）所示。

3．2 差模干扰整改对策

图2 共模干扰和差模干扰频段分布示意图

图3 利用电流探头完成共模电流测量

图4 利用电流探头完成差模电流测量

图5 电源线滤波器基本电路

图6（a）为电源线滤波器差模等效电路，由于一般共模电容Cy远小于差模电容Cx，可以忽略不计。在电源线滤波器中，对于差模干扰起主要抑制作用器件为差模电容Cx和共模扼流圈L1的差模分量L1d。经过上文的诊断后，如确定干扰超标主要由差模干扰引起，主要的整改对策有以下几种：

1）增加差模电感

电源线滤波器中，共模扼流圈的漏电感形成的差模分量L1d配合差模电容Cx能够满足一般电源的差模干扰滤波要求，可以不用设计专用差模电感。但若在测试中发现低频干扰（10kHz～1MHz）超标严重，经诊断为差模干扰影响较大，可以考虑将共模扼流圈串联加装独立的差模电感Ld，增大滤波器的差模电感，改善滤波器的低频插入损耗，以提高差模滤波能力，如图7所示。

2）增加差模电容

差模电容Cx跨接在相线和中线之间，对差模干扰起旁路作用，若诊断发现产品电源线传导干扰差模影响较大，可以通过增加差模电容的方法加以解决，如图8。

这相当于增加了差模滤波电路的阶数，提高了滤波器插损过渡带陡度，从而改善了差模滤波效果，根据需要，常常可以在增加差模电容的同时，配合增加差模电感，进一步改善滤波效果。

3．3 共模干扰整改对策

图6（b）为电源线滤波器共模等效电路，在电源线滤波器中，对于共模干扰起主要抑制作用器件为共模电容Cy和共模扼流圈L1，经过诊断，确定干扰超标主要由共模干扰引起后，主要的整改对策有以下几种：

1）增加共模电感

共模扼流圈即共模电感，在电源线滤波器中主要作用是滤除低频共模干扰，若诊断发现产品共模低频干扰影响较大，可以通过增加共模电感的方法，改善共模滤波效果。如图9，在共模电容后端增加共模电感L2，对共模干扰构成T形滤波。

2）改善滤波器接地

滤波器的接地在工程应用中常被忽视，然而，滤波器的共模电容一般接在产品相线中线和滤波器外壳之间，对共模电流起旁路作用；只有滤波器外壳接地良好，才能保证滤波器的共模电容起到应有的作用。滤波器接地不良，常常导致共模电容滤波性能下降，进而使得高频共模滤波效果变差，造成超标。因此，对于共模干扰超标，应该考虑检查并改善滤波器接地。

另外，需要注意的是：共模电容Cy会造成电源线上电流从相线和中线经Cy流入地，称为漏电流，若Cy电容量过大，会造成漏电流过高，发生漏电，对人身安全造成威胁，因此，一般不宜通过增加共模电容Cy的措施对共模干扰进行整改[4]。

4 案例分析

图6

图7 电源线滤波器（增加差模电感）

图8 电源线滤波器（增加差模电容）

图9 电源线滤波器共模等效电路（增加共模电感）

以某型网元设备为例，产品已安装电源线滤波器，初测发现电源线传导发射CE102项目超标，测试曲线如图10所示。

经试验室对其诊断分析，由图10可知，产品主要超标频段为200～500 kHz频段，最大超标点300 kHz，超标幅度约10dB，主要影响分量为差模干扰的可能性较大。

按照图3、图4方法，利用电流探头对产品电源线上差模、共模干扰分量进行测试，如图11、12所示：

由上图可知，在200～500 kHz频段，产品共模干扰信号较小，最大值约35 dBμV；而该频段差模干扰波形与实际超标曲线相似，最大值约55 dBμV。由此可以判断，差模干扰是引起超标的主要因素。

经分析比较，决定采取增加差模电感Ld的方法进行整改。本案例中，考虑到原滤波器插损和测试裕量要求，整改后的差模滤波插损在300 kHz应达到25 dB以上。根据LC滤波电路典型插损曲线可知，当f/f0＞4时（f0为滤波器谐振点），插损可达到25 dB以上[5]；因此整改后f0必须满足：300/ f0＞4，即 f0＜75 kHz。

经计算可得，Ld＞8μH，最终选择串联10μH差模电感进行整改。整改后测试曲线见图13。

为进行对比，证明诊断结论（差模干扰为主要成分）对整改的帮助，改用在电源线上串联100μH共模电感进行整改并进行测试，发现整改效果不佳，超标频段和幅度无明显变化，测试曲线如图14所示。

图13和图14对比可知，串联共模电感进行整改后，产品电源线传导干扰超标问题依然存在，超标频段和幅度无明显改善；而在有针对性的串联差模电感进行整改后，超标频段的电源线传导干扰得到了明显改善，通过了测试，验证了上文提到的诊断分析测试和整改措施的可行性和实用性。

图10 超标曲线

图11 差模干扰曲线

图12 共模干扰曲线

图13 整改后复测曲线（串联差模电感）

图14 对比曲线（串联共模电感）

以上的案例分析只是我们已完成整改中的普通一例，大量的相关试验检测和整改积累的事实证明，文中的诊断分析方法和针对性的整改措施，已经帮助解决了上百台/次产品电源线传导干扰超标的问题，值得在今后工作中加以推广和应用。

5 结束语

本文根据电源线传导干扰的性质，结合实际工程技术条件，给出了几种较为简便易行的共模/差模干扰诊断方法，以及相应的超标整改对策，并且结合测试和整改实例，对电源线传导干扰的具体诊断和整改进行了进一步的分析和阐述。当产品电源线传导干扰出现超标现象时，分析超标频段，预测干扰类型，诊断测试共模/差模干扰的分布和大小是非常有必要的。通过诊断，确定干扰的主要影响分量，采取有针对性的整改措施，常常能起到事半功倍的效果，从而提高工作效率，更好的解决相关产品电磁兼容性问题。

[1] 张亮.电磁兼容（EMC）技术及应用实例详解[M].北京：电子工业出版社, 2014.

[2] 孔繁斌,赵金奎.电子产品传导干扰的抑制[J].舰船电子工程,2011(6).

[3] 李云.电源噪声滤波器的基本原理与应用方法[J].电源技术应用,2001(8).

[4] 聂磊,汪洋,王迎节.电源线滤波器对电子设备EMC影响分析[J].电磁场与微波, 2010(7).

[5] 郑军奇. EMC电磁兼容设计与测试案例分析[M].北京：电子工业出版社, 2010.

Study on Diagnosis and Rectif cation Methods of EMI Conducted by Power Line

XU Zhen-zhao, JIANG Chuan-hua
(七二二 Research Institute ,China Shipbuilding Industry Corporation)

This paper presents basic a concept and characters of EMI conducted by power line，suggests a few of DM/CM interference diagnosis methods based on principles of DM/CM interference. According to these, the rectification methods for DM or CM interference are also analyzed combined with the principles of EMI filters. In the end，an example of practical rectification is described, and the relevant measures are confirmed in the same time.

conducted interference; DM; CM; diagnosis and rectification

TN86

A

1004-7204(2017)04-0093-05

许振召,男,工程师，就职于中船重工七二二所计量检测中心,从事电磁兼容检测和科研工作；

江传华,女,研究员,从事计量和电磁兼容方面科研工作,检测中心技术负责人。