EMC是對一個電子工程師能力的一個全面考量,整改過程可能會涉及到結構,軟件,硬件,從芯片級,板級到系統級的各個層級,EMC問題中最為常見的就是RE輻射類問題。
RE實驗的目的是測量產品通過空間傳播的輻射騷擾場強,RE實驗的依據的標準包括以下:CISPR25,GB18655(國標),ECE-R10.05,歐盟汽車EMC指令2004-104-EC等標準,當然對于各大廠家來說,會根據對產品的要求,在標準的基礎上超出標準上限的限值。
天線極化方式包括垂直和水平兩種,一般來說,30MHz以下僅選擇垂直極化方式,30MHx以上選擇垂直和水平兩種極化方式。
天線按照測量頻率可簡單分為:單極垂直天線(30MHz以下,只有垂直極化方向),雙錐天線(30MHz-300MHz),對數天線(1GHz以下),喇叭天線(1GHz以上)。
1.)實驗產品
車載娛樂產品
2.)實驗設置圖
3.)實驗問題描述及解決
在頻率范圍為530KHz-1.7MHz,掃描頻率9KHz,發現兩段寬帶超標,如下圖黃色區域所示:
經初步分析,兩段超標的頻段應該是經過展頻處理,可以計算兩端的頻差得出干擾頻率值,計算兩波形的差值1.385MHz-985KHz=400KHZ,對照前期整理的板子所有干擾頻率值,懷疑是主機的400KHz的開關電源&背光400KHz開關電源(金屬后蓋)引起,首先嘗試斷開背光的400KHz開關電源,發現沒有明顯改善,在斷開背光400KHz基礎上,再斷開主機400KHz的開關電源(兩個開關電源供電沒有關聯),發現超標消失。
問題分析到此處,懷疑干擾源來自背光的400KHz和主DCDC電源的400KHz疊加所致,背光400KHz的電源芯片我們做了屏蔽罩處理,可能輻射貢獻值不高,我們先進行主機400KHz開關電源的優化,我們從干擾源,堵,疏角度分析,我們先從路徑的堵,疏角度出發,耦合方式分為公共阻抗耦合,容性耦合,感性耦合和空間輻射耦合,對于已經發生的傳導類輻射問題,如果從堵的角度出發,可以采用串聯電阻/磁珠的方式,考慮到頻點較低,磁珠多用于MHz級別的濾波處理,低頻處理效果可能不一定理想,從堵的角度出發不一定能獲得良好效果,也可以考慮疏的方法,常見的有選用對地電容進行濾波處理,減小耦合距離,增大有效接觸面積,涉及到改版,我們暫時先不做考慮;
或者對于空間輻射類耦合,可以選用接地屏蔽罩,對于未確定是哪類耦合方式,這也是方法之一。
我們在開關電源后端增加47uf的電容,重新測試,發現效果有所改善,但是仍然超標,而且該產品對此開關電源的位置有限高的要求,需要嘗試別的方法。
我們嘗試從干擾源的角度分析解決問題,可以選擇增加開關頻率/減小mosfet管開關時間/選擇大電感/RCsnabber吸收等方向分析,在分析電路時發現該開關電源的電路選擇了470nH的電感,開關電源后端負載最大電流為2A,根據公式:
當電感越大時,紋波越小,由于設計圖紙時負載是按照最大負載2A計算,按照負載電流的25%來計算紋波,電感可以選擇470nH,但是實際的工作電流是0.7A左右,選擇470nH的電感,可能會引起電源工作在DCM模式。我們選擇4.7uH的電感重新測試該頻段,發現超標現象得到很好解決。
看到這里,可能很多人就會認為主機的開關電源就是引起超標的主要因素,其實不然,第一次去除干擾源1,沒有明顯降低,在去除干擾源1的基礎上,去除干擾源2后,超標明顯降低了,只能說明干擾源2相對剩下的干擾源是數量級最大的,因為EMC測試的單位是db,并不是簡單的十進制數相加減,具體的分析我會在下文中解答。最后我們再恢復背光的400KHz的電源,僅僅優化主機400KHz的開關電源電路,超標問題仍可以得到解決,這時才說明主機的400KHz是主要干擾源,僅優化主機的400KHz電路即能通過該頻段測試。
回想整個過程,主要是由于前期設計時對負載的評估有誤,未選擇合適的電感導致的,這也是一個很好的經驗教訓。下文我會解釋為什么在去除一個干擾源1的基礎上,再去除一個干擾源2,哪怕幅值降低很多,也不能認為干擾源2是主要干擾源的原因,希望能夠給大家帶來一些參考,謝謝。
接上文去除干擾源1(背光開關電源),測試結果未有明顯改善,在去除1的基礎上,再去除干擾源2(主機開關電源),發現測試結果有了明顯改善,我們可以說干擾源2就是“罪魁禍首”么?可能很多人都會認為是的,包括做了很多EMC測試的人恐怕也會這么認為,然而并不是的,別急,且聽我慢慢道來。
首先,答案是干擾源2并不一定就是“罪魁禍首”。
Why EMC實驗中RE是以dbuv為單位,并不是我們常用的計算單位V,在RE測試中是用這個公式計算頻點輻射強度的:
式中:u1,u2,u3是不同的彼此獨立的干擾源。
從式中可以看出RE的測試結果并不是簡單的u1+u2+u3...
列舉一個實例分析問題,某次實驗中,RE測試結果為60dbuv,去除干擾源u1之后,RE測試結果為50dbuv,在去除干擾源1基礎,再去除干擾源2,RE測試結果為20dbuv,再去除干擾源3,RE測試結果為10dbuv,如果思考過程中不加入對數的信息,可能會很直觀的認為,去除干擾源1對RE幫忙不大(僅僅由60dbuv下降到50dbuv),去除干擾源2對實驗結果最有效(由50dbuv下降到20dbuv)。
加入對數信息分析該問題,RE實測結果為60dbuv,換算成十進制為u1+u2+u3=1000uv;
去除干擾源1 后RE實測結果為50dbuv,換算成十進制為u2+u3=316uv;
去除干擾源2后RE實測結果為20dbuv,換算成十進制為u3=10uv。
從上面的計算結果就可以很方便的看出,u1=784uv,u2=315ub,u3=10uv。
真相是u1才是最主要的干擾因素,u2次之,u3是三者中最小值。
我們再回到開頭的這個問題,為什么說干擾源2并不一定是“罪魁禍首”呢,也有一種情況,去除干擾源1 后波形的確是幾乎沒有變化(只下降1dbuv不到,或者更小),去除干擾源2后幅值下降很多,這個時候也可以說干擾源2是“罪魁禍首”。
EMC實驗dbug本身就是精神體力雙重壓力活,再花時間一個個計算哪個是主要干擾源,可能會增加工作量,那么該如何快速的定位RE干擾源問題呢。
How 當對一個干擾源采取了去除措施后,哪怕沒有明顯改善,也不要舍棄這個措施,而是在去除該干擾源的基礎繼續去除其他的可能干擾源,一直采取到去除某個干擾源后,發現輻射能夠滿足實驗要求,并留有一定的余量,此時可以停止去除其他干擾源的措施。
下一步需要做的就是逐一增加之前的干擾源,首先需要考慮的是那些成本較高,或者難以實現的措施,當增加這個干擾源后沒有超標,則可以繼續增加其他干擾源的措施,一直到增加某個干擾源后,發現無法滿足實驗標準了,這樣我們就可以重點關注剩下的那些干擾源了。
至此,完成輻射類debug的框架圖,至于怎么解決干擾源超標的問題,這是個時間積累的過程,個人覺得EMC本身就是個玄學,只有不斷地實踐中嘗試,犯錯,再回到理論來,才能成長的更快,用馬克思主義觀點就是理論要聯系實際,從實踐中來,再回到實踐中去。
審核編輯 :李倩
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原文標題:RE輻射問題分析
文章出處:【微信號:EMC_EMI,微信公眾號:電磁兼容EMC】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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