某設備電磁兼容測試整改實例分析

高榮山

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某設備電磁兼容測試整改實例分析

高榮山

（中國電波傳播研究所，山東青島 266107）

對某設備在電磁兼容測試中出現的問題進行了分析，分別對電源線傳導發射和電場輻射發射測試不達標提出了提高電磁兼容性能的整改方案，尤其對設備開關電源輻射超標和改進措施進行了分析，對整改前后結果進行試驗驗證，證明整改措施合理有效。

電磁兼容測試 傳導發射 輻射發射 開關電源 功率因數校正

0 引言

某設備按照GJB151A/152A進行電磁兼容性(EMC)測試，測試項目包括發射干擾和干擾敏感度共5項，測試中發現CE102(10 kHz～10 MHz，電源線傳導發射)和RE102(2 MHz～l8 GHz，電場輻射發射)不達標。其中， CE102傳導發射測試中在100 kHz以下有2個超過極限值的頻點；RE102電場輻射發射測試時，2~10 MHz、30~120 MHz以及250~300 MHz頻段內均有超過極限值的頻點。經過分析、定位、整改、驗證，最終通過測試。

1 設備組成

該設備主要由電源、發射機、接收機、KVM一體機和加固計算機等組成，所有設備均安裝在19英寸機柜上。其中，加固計算機包括數字接收機和系統主機，均為CPCI板卡形式，設備電源為1kW開關電源，輸出直流24 V和48 V。CPCI加固計算機為控制中心，通過CAN總線控制發射機，通過RS422接口控制接收機并對接收機輸出中頻信號進行數字接收處理，人機交互接口通過KVM一體機實現。

設備框圖如圖1所示：

圖1 設備系統框圖

2 設備電磁兼容設計及分析

考慮到無線電系統要求設備底噪盡可能低，設備方案設計時就從電路板級設計、接地、屏蔽設計等方面進行了電磁兼容設計，具體包括在開關電源設計、電路板布局和布線時均考慮噪聲干擾和電磁干擾問題；結構工藝中對發射機、電源等機箱安裝導電襯墊和通風波導；設備機柜內使用接地銅板設置安全地、數字地、模擬地，在機柜接地端匯流實現單點接地。同時考慮設備使用時對外的電磁輻射干擾，對設備發射波形進行成型濾波，減小設備亂真發射。但設備是否符合GJB151A/152A有關地面設備的電磁兼容要求，還需進行測試進行分析和評估。

3 電磁兼容測試

設備進行電磁兼容測試時所有設備加電、運行設備軟件并工作正常，但發射機不在測試頻段內進行功率發射。測試項目包括發射干擾（CE102、RE102）和干擾敏感度（CS101、cS114、CS116）共5項。測試時干擾敏感度均順利通過，但CE102、RE102測試存在超標頻點，其中，CE102傳導發射測試在100 kHz以下有2個超過極限值的頻點，測試結果如圖2所示。RE102電場輻射發射測試時，3~30 MHz、30~200 MHz頻段內存在多個超過極限值的頻點，測試結果如圖3、圖4所示。

圖2 CE102測試結果(AC 220 L線 )

圖3 RE102測試結果（2~30 MHz）

圖4 RE102測試結果（30~200 MHz 垂直極化）

4 電磁兼容整改及驗證

4.1 電源線傳導發射（CE102）

電源線傳導發射主要測試機柜輸入電源線的傳導發射，100 kHz以下的干擾主要為差模傳導干擾信號。檢查電源輸入濾波器設計中差模濾波僅通過一個磁環，考慮增加差模濾波電感。整改中在電源交流輸入火線和零線上各串聯一個鐵粉芯繞制電感，電感值約1uH，同時增加一級共模抑制器，最終測試合格。

圖5 整改后CE102測試結果

4.２ 電場輻射發射（RE102）

設備RE102測試頻段為2 MHz~18 GHz，針對測試中多個頻段均有超標頻段的情況，采取各個分機單獨測試的方法進行主要輻射源的查找和定位，主要結果如下：

1) 開關電源在2~10 MHz、30~120 MHz頻率范圍內存在不合格頻點；

2) KVM一體機在30~200 MHz范圍內存在不合格頻點；

3) 發射機和接收機射頻設備的晶振、本振頻率存在泄漏，但不超標。

開關電源在2 MHz至10 MHz直接的輻射主要為開關電源開關頻率及其諧波影響，30 MHz以上的輻射主要為開關管開關噪聲和整流二極管的反向恢復電流，采取對電源整體屏蔽技術，對連接電路進行多點接地，增大DC輸出端共模電感電量并增加CBB并聯電容的整改措施，結果10 MHz以下干擾降低明顯，但30~120 MHz仍不滿足要求。

經分析電源工作原理如圖6所示，電源由輸入濾波、整流、功率因數校正電路后經開關轉換、二次整流、濾波后輸出。在電源空載情況下將PFC單元短路，測試30~120 MHz頻段干擾明顯降低，判斷PFC電路為干擾源。

圖6 開關電源工作原理框圖

采取整改措施：

1) PFC升壓二極管由一般肖特基二極管改用SiC二極管并串聯磁珠、并聯吸收電阻；

2) 在PFC控制開關管D、S腳之間加高壓陶瓷電容；

3) 在PFC電路輸出連接變壓器端增加CBB電容。

整改后恢復到電源正常工作狀態進行測試，測試結果滿足要求。

對于KVM一體機，經過診斷，發現在KVM一體機的顯示器邊角上存在比較大的泄漏，針對此現象，整改如下：

1) 增加KVM一體機中顯示器內部金屬絲網與結構件接觸面積，并對顯示器內部電路采取進一步的屏蔽措施；

2) 屏蔽電纜在進設備時屏蔽層必須與屏蔽體360°的接觸，保證阻抗足夠小。

對其他設備機箱安裝孔、縫隙、電纜進線端等易對外產生泄漏的位置進行封堵，減小電磁波對外泄漏途徑。整改后對設備整機進行測試，在280 MHz左右仍存在超標限值約1 dB的頻點，如圖7所示。

將機柜內設備連接線纜做屏蔽處理，將電纜兩端接地，將中間端與機柜地搭接，并進行分類固定處理，最終測試合格，如圖8所示。

圖7 分機整改后RE102測試結果（2 MHz~18 GHz 垂直極化）

圖8 整改后RE102測試結果

5 結語

系統設備的電磁兼容測試需要考慮的問題很多，測試中應對出現的問題對癥分析，采取相應的措施。要順利通過測試，要求在系統設計中仔細分析可能引起電磁輻射和敏感度失效的電路并采取相應的措施，尤其是開關電源，在設計之初就應確定采取的拓撲結構和電磁兼容措施，同時考慮PCB布局、布線、屏蔽、接地等措施，才能保證設備整機的抗干擾性能。

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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

高榮山（1980-），男，高級工程師。專業方向：無線電技術及信號處理。