一種電源EMC設計

陸旭

摘要：電磁兼容（EMC）設計是關系到設備自身和使用環境的一個重要指標，隨著軍用設備的環境越來越嚴格，對于電磁兼容的要求也逐漸提高，每一型產品都需要通過GJB151B的多項測試。本文通過對CE102這項指標進行分析，提出一種電源EMC設計方法，從而設計出了一種良好的電源濾波器，提高了產品的電磁兼容性能。

關鍵詞：EMC;電磁兼容;CE102;濾波器

1 引言

電磁兼容Electromagnetic Compatibility（EMC），也叫電磁兼容性，一般包含兩部分。一是設備受同一環境下的其他設備的電磁干擾;二是設備干擾同一環境下的其他設備^?[1]。隨著科學技術的不斷發展，電子設備的體積越來越小，大量的集成電路設計在狹小的空間，這將使電路相互產生更加嚴重的電磁干擾^[2]。為了確保整個系統準確、可靠地工作，電路設計中的電磁兼容設計越來越受到設計人員的關注和重視，尤其是作為設備的“心臟”--電源設計。電源的電磁特性是進行電源設計時必須考慮的關鍵問題，對電源的電磁兼容性進行定量分析和設計是整個系統設計中的重要一環。對于電源線傳導發射（CE102）測試項的指標優化，通常采用加裝合適的電源濾波器的方法。

2 電磁兼容試驗

2.1 電源線傳導發射（CE102）試驗

CE102測試項是GJB151B中重要的試驗項目之一^[3]。軍工設備出現CE102超標的情況相對GJB151B中的其他測試項目往往要更多一些。CE102測試的是頻率為10kHz～10MHz電源線傳導發射，這種頻率的干擾會降低電源的品質，從而使產品上的電源不能滿足有關標準的要求。此種頻率的干擾通常是由于數字電路通過開關電源傳遞到電源線上。CE102測試試驗按圖1所示的方式連接測試設備與受試產品，按GJB151B-2013規定的方法進行測試。

對使用原電源濾波器的產品進行CE102試驗，結果如圖2所示。

從圖2可知，在10kHz～10MHz范圍內，產品通過電源線對外輻射的信號在225kHz和300kHz處，超出指標要求。

2.2 CE102測試項問題分析

外部電源經過產品電源接口接入，經過電源濾波組件后成為產品的二次電源，如圖3所示。

經過分析發現，二次電源1的DC/DC模塊（J）IMLF2-18S15-J的開關頻率為250kHz±20kHz，二次電源2的DC/DC模塊（J）IMLF2-A2S24-J開關頻率為320kHz±20kHz，對應電源線對外輻射的信號在225kHz和300kHz處超出指標。所以CE102超指標頻率為產品二次電源DC/DC模塊開關頻率。

3 電源EMC設計

3.1 電源濾波器設計

電源濾波器一般安裝在電源電路的輸入和輸出之間。電源濾波器可以濾除來自于外界的干擾，也能濾除來自產品內部的騷擾^[4]。采用EMI濾波器能有效抑制傳導干擾，其主要作用是抑制開關頻率及其高次諧波的噪聲。本次設計的電源濾波器用來替換產品原有的電源濾波器，從而解決CE102測試項問題。

在圖3所示A位置，使用示波器檢測電源信號，發現在頻率200kHz～300kHz處，信號強度大約為-48dBV，B位置約為-28dBV。由于產品二次電源DC/DC模塊開關頻率，使225kHz～300kHz處超出指標要求，只要使B位置信號強度至少減弱25dBV，就可以解決CE102測試項出現的超標問題。具體解決思路是去掉圖3中兩個濾波器，設計一種EMI濾波器替換。

EMI濾波器放置于圖3所示A位置和B位置之間，由串聯電感器和并聯電容器組成低通濾波器。本設計主要考慮將頻率在150kHz～350kHz的傳導型電磁環境衰減至合理范圍內，頻率在150kHz～350kHz的電磁干擾屬于射頻干擾，從形成特點分為差模干擾和共模干擾。電源設計中，首先設計出基礎的電磁干擾濾波電路，如圖4所示，27V直流電經過電磁干擾濾波電路后作為產品二次電源。

L1為共模扼流圈，當出現共模干擾時，由于兩個線圈磁通方向相同，經過耦合總電感量迅速增大，因此對共模信號呈現很大的感抗^[5]。C2、C3 為共模抑制抑制電容，中間接地，主要用來濾除共模干擾;C1、C4 為差模抑制電容，可有效抑制差模干擾。為了方便計算濾波器的參數值，將濾波器設計成二階濾波器，本次設計EMI濾波器原理圖如圖5所示，直接按照EMI所需的衰減量和40dB/dec的衰減率計算出最低的轉角頻率^[6]。

設計的濾波器參數LC可以通過公式3.1計算得到，該方法容易造成EMI濾波器設計不準確，后期需要根據試驗結果微調電感值。電容值已設計時確定，根據公式可計算出電感值。

（3.1）

其中，為EMI所需的衰減量。

經過計算得出電感值為15mH。使用示波器檢測B位置電源信號，信號強度大約為-68dBV，對比從前減弱了40dBV，完全滿足信號減弱要求。所以在產品二次電源供電線路上使用15mH的電感是解決CE102試驗問題的有效措施。

3.2 安裝EMI濾波器后的CE102試驗

對使用新電源濾波器的產品進行CE102試驗，結果如圖6所示。

從圖6可知，在10kHz～10MHz范圍內，產品通過電源線對外輻射的信號都沒有超出指標要求。試驗結果合格，CE102項目通過考核。

4 結 論

電磁兼容性試驗是檢驗產品合格性的重要方法，將試驗中發現的問題反饋到系統設計中，優化系統設計，從而提高產品性能。本產品的CE102問題是由二次電源DC/DC模塊開關頻率引起，試驗結果表明通過設計專用EMI濾波器成功解決了CE102問題。

參考文獻

[1] 白同云.電磁兼容設計[M].2版.北京：北京郵電大學出版社，2011.

[2] 何光平，朱浩冰，林敬長，林振全. 30MHz～1000MHz輻射騷擾場強實驗室間比對分析[J].電子質量，2015.

[3] 中國人民解放軍總裝備部電子信息基礎部. GJB151B-2013軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求與測量[S]. 北京：中國人民解放軍總裝備部，2013.

[4] 蔡駿，王旭東.車載電子信息系統電磁兼容性試驗方法[J].指揮信息系統與技術，2014.

[5] 李小亮，董雪峰.脈沖電容試驗裝置控制系統電磁兼容設計[J]. 電子設計工程，2016.

[6] 林榮鼎.通信系統中開關電源的EMC設計分析[J]. 移動通信，2014.

（作者單位：貴州航天電子科技有限公司）