电磁兼容传导发射超标快速诊断方法

侯燕春，杨 雪，石彦超，郗 琦，吴华兵

（北京宇航系统工程研究所，北京，100076）

0 引 言

随着电子产品集成度的提高和电子行业对电磁兼容标准执行力度的增强，需对早期产品频繁超标的电源线传导发射电磁兼容性测试，现今整改的需求越加强烈。对军品电子设备，GJB151B 标准中规定了 0.025～10 kHz、0.01～10 MHz 电源线传导发射限值，即电源线传导发射不能超过该限值规定的量值；对民品电子设备，相关民品标准中也有关于发射限值的要求。

在电磁兼容测试中，电源线传导发射超标整改，是4 类电磁兼容项目传导发射、传导抗扰度、辐射发射、辐射抗扰度中整改相对灵活、易行的一类。

本文从电磁兼容三要素出发，通过分析电源线传导发射超标特性，快速定位干扰源，对干扰源、受扰设备采取滤波整改措施，达到减小电源线传导发射的目的。文中以某电机电源线传导发射超标快速定位为例进行说明，并对其中的共模干扰采取滤波整改措施。

1 传导发射超标的主要原因

电源从20 世纪30 年代初期的铁磁谐振稳压器，经历电子管交流稳压器、晶体管和可控硅交流稳压器，发展到开关型稳压电源和程控电源。其体积越来越小，质量越来越轻，性能不断提高[1]。同时，也带来了系统电磁兼容性问题。开关电源的开关频率、谐波、整流谐波等，以及在开关转换中固有的高速电流和电压瞬变，均可产生干扰发射。电源本身产生的噪声也可通过传导方式直接影响用电设备，噪声返回电网，对公用电源的其他电子产品造成影响。同时由于电场或磁场耦合，如果电源线深入机箱过长，干扰也会沿电源线向外传导[2,3]。

如果电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）设计不当，干扰发射将超过标准限值要求。

2 电源线传导发射分析

电源线传导发射干扰问题是否产生取决于引入信号的大小、系统对噪声的抑制能力和接地结构。开关电源线上的传导干扰信号，可用共模和差模干扰信号表示，其等效电路如图1 所示。共模噪声等效电路，可等效为一个电容Cp和电阻Rp并联分布的容性高阻抗电流源；差模噪声等效电路由两部分组成，电容Cp＇和电阻Rp＇并联分布组成的高阻抗电路和串联分布电感Ls和电阻Rs组成的低阻抗电路，这两部分电路不同时存在。根据干扰类型，依据等效电路模型，选取相应滤波网络[1]。干扰信号可能是差模的，也可能是共模的[2]。

图1 共模、差模等效电路 Fig.1 CM and DM Equivalent Circuit

当发生电源线传导发射干扰或超标时，本文提出如下方法实现超标快速诊断，完成干扰定位和分析，为整改提供依据。具体为：

a）选取测试方法，首先获取被测件电源线传导发射特性，确定超标频率、幅值。如选取GJB151B 规定的电源线传导发射测试方法，获得电源线上的传导电流或耦合电压大小与测试频率的关系、传导发射幅值大小。

b）分析被测件系统内的供电关系，为定位干扰源，排查干扰路径做准备。如某被测件由电源、控制和执行三部分组成，执行部分由功率较大的A 和功率较小的B 两部件组成。电源部分提供DC28 V 供给控制、执行A 部件；同时该DC28 V 经变换，输出±15 V，供执行B 部件使用。则可能功率较大的执行A 部件工作后，干扰噪声返回电源线，对功率较小的B 部件的正常工作造成干扰。

c）在a）基础上，依次使被测件各部分逐级断电，观察电源线上传导电流或耦合电压的变化；结合b）的分析，判断干扰源。

d）根据干扰源的发射频率特性，判断干扰类型（见图1）；结合整改难易，对干扰源或受扰设备电源端口采取滤波的整改措施，以降低发射，实现兼容工作。如根据超标特性，判断干扰为共模干扰，对受扰设备添加LC 低通滤波器，降低测试频段内的频点发射。

3 传导发射超标快速诊断

3.1 获取传导发射特性

针对不同类型电子产品要求，选取电源线传导测试频段、测试配置、工作模式，获取传导发射特性，分析工作状态对发射特性的影响，判断干扰主要来源。

以某型电机电源线传导发射为例，依据电源线传导发射标准要求，频率选择0.1～30 MHz，选取电源线-LISN-接收机方法，LISN 信号输出端，获取电源线传导发射信号。测试配置如图2 所示，测试布局照片如图3 所示。

图2 测试配置 Fig.2 Test Configuration

图3 测试布局照片 Fig.3 Test Layout Picture

对DC24 V 电源正线传导发射测试，极限值及测试数据的幅值曲线如图4（正常工作状态，DC24 V、DC300 V 均输出）、图5（仅DC24 V 输出）所示。 图4 中，0.5～30 MHz 超出限值，其中频率为2.37 MHz时超标最大，超出限值30.13 dB；图5 中，1～30 MHz点频超出限值，其中频率为4 MHz 时超标最大，超出限值6.47 dB，发射值超过标准中相应限值。

图4 极限值及测试数据的幅频曲线（正常工作状态） Fig.4 Limit Line and Amplitude-frequency Curve Graph of Test Data

图5 极限值及测试数据的幅频曲线（仅DC24V） Fig.5 Limit Line and Amplitude- frequency Curve Graph of Test Data(Only DC24V Work)

3.2 干扰定位及分析

分析该电机供电关系。该电机供电分为DC24 V和DC300 V 两路，DC24 V 供给控制组件，DC300 V驱动高功率执行机构，DC24 V 和DC300 V 同时输出为电机正常工作状态。DC24 V 能够单独输出， DC300 V 需在DC24 V 控制下输出。基于上述供电设计，高功率执行机构工作产生的噪声，可能耦合或辐射至DC24 V 电源线，造成DC24 V 电源线传导发射超标，甚至影响DC24 V 用电设备的正常工作。

分析上述测试结果：

a）电机正常工作下，0.05～30 MHz 超出极限值，其中频率为2.37 MHz 时超标最大，超过限值30.13 dB。即电机正常工作时，表现为连续频段、高幅值超标。

b）仅DC24 V 输出，主要表现为1.2 MHz、1.6 MHz等点频发射超过限值要求，发射幅值超过限值最高6.47 dB。在0.05～30 MHz（电机正常工作时的超标频段）的发射均明显降低，2.37 MHz 发射降低约25 dB。

c）结合a）、b），判断DC300 V 输出产生的噪声，耦合或辐射至DC24 V 电源线，造成DC24 V 电源正线频段性传导发射超标，超标幅值增加大于20 dB。

根据大量设备传导干扰的经验，有0.01～0.1 MHz主要为差模干扰，0.1～1 MHz 差模、共模干扰共存，1～30 MHz 主要为共模干扰[1]。

综上，该电机DC24 V 电源正线传导发射：在电机正常工作下，差模、共模干扰共存，发射幅值超过标准限值最高约30 dB；仅DC24 V 输出时，主要为共模干扰，发射幅值超过标准限值最高约7 dB；DC300 V输出恶化了DC24 V 电源正线传导发射，使传导发射增加大于20 dB。

3.3 选取和实施整改措施

以电机DC24 V 输出超标整改为例。经上述干扰定位及分析可知，仅DC24 V 输出时，主要为共模干扰。拟采取在DC24 V 电源线端口添加共模电感LCM和电容CLG组成的两元件L 型低通滤波器。滤波器的谐振频率f0，为满足标准测试频段要求，理想下应控制f0低于10 kHz，可计算为[1]

初步选取LCM=75 µH、电容CLG=4.7 µF，测试结果如图6 所示（仅DC24 V 输出，连接75 µH、4.7 µF 滤波网络）。经测试发现，原超标频点超标幅值平均降低优于5 dB，已满足标准在1～30 MHz，60 dBµV 的限值要求。

图6 极限值及测试数据的幅频曲线 Fig.6 Limit Line and Amplitude-frequency Curve Graph of Test Data

滤波器的作用好坏，取决于安装是否正确[4]。最有效的安装位置是在机壳的进线口上，要求滤波器的外壳与系统地之间有良好的电气连接，避免使用过长的接地线，最好直接接地。

4 结束语

本文采取的电源线传导发射超标快速诊断方法，完成了某电机电源线传导发射超标的定位和分析。并验证了在电源端口添加LC 低通滤波器的整改措施的有效性。