某驅動分系統的電磁兼容分析與整改

吳小春，徐 博，余曉梅

（1.成都新欣神風電子科技有限公司，四川 成都 611731；2.中國電子科技集團第三十研究所，四川 成都 610041）

0 引 言

某驅動分系統在按照《軍用設備和分系統 電磁發射和敏感度要求與測量》（GJB151B—2013 ）進行電磁兼容（Electromagnetic Compatibility，EMC）試驗測試時出現兩個項目不達標，其中一項為CE102（10 kHz～10 MHz電源線傳導發射），超標頻段主要在100 kHz以上；另一項測試不達標項目為RE102（2 MHz～18 GHz電場輻射發射）,該項目在2～30 MHz和30～200 MHz的頻率范圍內均有超出極限值的頻率點。根據對超標頻率點的定位、分析、整改和驗證，最終該系統滿足相關試驗要求，順利通過各項指標。

1 系統組成

某驅動分系統主要由濾波器、電源單元（升壓電源）、驅動器和電機等組成，其中驅動器分為高低位驅動器和方位驅動器，電機對應分為高低相電機和方位相電機，其組成如圖1所示。

圖1 系統組成框圖

該系統輸入為兩路24 V電源，其中主路由濾波器輸入到電源單元，經過電源單元升壓后電壓由24 VDC升壓為270 VDC后輸出，電源單元輸出供電給驅動器內逆變為3相交流電源，最后供電給電機。另外一組電源由試驗臺供電給驅動器等控制電機轉動。

2 電磁兼容試驗

系統進行電磁兼容試驗時所有設備供電，設備正常工作，電機開始旋轉。在整個試驗項目測試中包含傳導與輻射發射（CE102、RE102）、傳導與輻射干擾敏感度（CS101、CS114、CS115、CS116、RS103）。除CE102和RE102測試不合格，其余項目在測試過程中無任何問題，順利通過。CE102測試結果如圖2所示，RE102測試結果如圖3、圖4所示。

圖2 CE102測試結果

圖3 RE102測試結果（2～30MHz）

圖4 RE102測試結果（30～200 MHz垂直極化）

3 系統EMI問題分析

3.1 用電系統的EMI問題

用電系統主要是指某驅動分系統內的電源單元和驅動器單元。

電源單元中包含的DC-DC升壓模塊以及驅動器中的逆變器和DC-DC模塊，都為開關頻率較高的開關電源。開關電路產生的電磁干擾是開關電源的主要干擾源，這是由于功率開關管在線路中以很高的頻率進行開關操作，開關管在開通和關斷瞬間產生出很強的開關噪聲，具有較大幅度的脈沖，頻帶較寬且諧波豐富[1]。另外次級整流回路里整流二極管在關斷時所產生的反向恢復電流也很大。

根據開關電源的工作原理和結構特點，開關電源電磁干擾主要分為兩種形式，分別是傳導和輻射[2]。在工作時容易沿電源線形成與開關頻率有關的傳導發射干擾信號，一部分頻率較高的諧波干擾會以電源線為等效天線對外輻射，使開關電源形成輻射發射的潛在干擾源，另一部分會通過空間縫隙或耦合至其他線纜對外進行輻射。

3.2 互連線纜的EMI問題

線纜是構成系統的重要組成部分，實現設備供電、設備間通信、數據傳輸等各種功能。某驅動分系統由電源單元、驅動器和電機構成，線纜數量較多、種類多、傳輸信號類型比較豐富，各模塊之間通過低頻線纜連接。

線纜是系統電磁輻射干擾的重要來源，當設備的主電路結構被一屏蔽體包裹起來以后，就能十分有效地防止電路板對外的輻射干擾，這時進出模塊殼體結構的各類電源線和信號線就成為干擾主要的傳輸通道；同時，各種線纜還會起著天線的作用，向平臺空間輻射電磁能量，對電源線和信號線均是如此。

3.3 接地和搭接問題

合理的接地和搭接措施是控制設備內部電磁干擾、抑制分系統之間相互串擾的重要手段之一。

該驅動分系統整個結構要求是一個等位體，各個模塊需要搭接到機箱框架的主體結構上，以保證共電位。因此，在搭接過程（設備外殼的接地過程）中，需要重點關注搭接條的選擇和搭接方式。

搭接條按要求采用扁平狀、高電阻率的金屬條。另外，為了避免搭接條的天線效應，在進行搭接的過程中，應將搭接條就近連接到主體結構（車體）上，減小搭接條的長度。同時，搭接還應牢固、可靠，避免松動連接，以形成可靠的電氣連續性，可避免搭接點的電化學腐蝕效應。

3.4 外殼屏蔽問題

從系統組成來看，該系統中單個設備蓋板和機箱殼體間由于安裝螺釘間隙過大導致存在電磁泄漏縫隙，另部分連接器與箱體間未緊密導電接觸也導致箱體內電磁能量向外輻射，導致整個設備不能通過《軍用設備和分系統 電磁發射和敏感度要求與測量》（GJB151B—2013）中RE102的要求。

4 電磁兼容整改措施及驗證

根據第3節的分析，針對某驅動分系統內單體設備進行了如下具體整改措施。

4.1 電源濾波處理

EMI濾波技術對于抑制開關電源的干擾，特別是傳導干擾方面有非常明顯的效果。EMI濾波技術首先是電源的輸入端接入電源濾波器，盡可能在源頭上抑制電磁干擾，這是抑制傳導干擾的重要方法[3]。

4.1.1 電源濾波器的安裝和使用

用電設備以及設備連接線纜的EMI問題絕大部分可以通過濾波方式來解決。在解決電磁兼容問題時，對濾波器的設計和使用的要求如下：（1）濾波器與干擾源位于同一腔體內；（2）濾波器的輸出、輸入線應分開，防止輸出、輸入線間的耦合，如果不能分開，則輸出、輸入線采用屏蔽線纜，長度盡量短；（3）濾波器殼體和地之間的阻抗應盡可能保持低阻抗；（4）應盡量減小電源濾波器和負載公共地阻抗間的耦合。

4.1.2 輸入濾波器的設計

在本系統整改過程中針對系統電源單元進行了如下濾波處理。由于濾波器屬于外掛結構，電源單元和驅動器內的電源模塊干擾較強，因此在屏蔽所有線纜的情況下對濾波器進行了更改電路。驅動器內部電源輸入端增加濾波器，電路原理如圖5所示。

圖5 驅動器內濾波器原理圖

4.2 互聯線纜屏蔽處理

由于設備濾波器屬于外掛部分，驅動器內的濾波器與連接器無法形成一體化結構，輸入線纜由于中間連接繼電器等設備無法完全屏蔽，導致干擾信號通過輸入和輸出線纜對外輻射，形成一個輻射強度較高的干擾天線。在本次整改過程主要進行了以下處理。

（1）選擇一種屏蔽度較高的屏蔽套，要求制作電纜的屏蔽層連續、沒有截斷且各處均勻緊密，從而保持屏蔽層的屏蔽阻抗分布均勻[4]。

（2）雙絞屏蔽線或者其他線纜內部的屏蔽線與連接器尾部接地，最好360°接地，建議屏蔽層位于尾部附件以內，避免裸線過長。屏蔽層與外部屏蔽層可通過焊接或者金屬填充物填充尾部附件的孔洞，從而滿足接地要求。

（3）建議線纜屏蔽層與連接器接觸處使用的熱縮管采用屏蔽熱縮管進行熱縮連接，采用該種方式可以保證線纜屏蔽層與連接器360°環接，形成啞鈴結構成為箱體的屏蔽的延伸。

4.3 機箱的屏蔽處理

在實際的屏蔽中，電磁場屏蔽效能更大程度依賴機箱的結構，即導電的連續性。機箱上的縫隙、開口等都是電磁波的泄漏源。

為保證機箱結構的導電連續性，建議進行以下處理：

（1）在結構條件允許下，盡量保證設備的屏蔽完整性，增加安裝螺釘，減小螺釘間距，使縫隙長度相應減?。?/p>

（2）對連接器與殼體、蓋板與殼體等安裝面進行導電密封處理，盡量保證設備殼體的導電連續性。

4.4 整改結果

經過以上措施的處理，對CE102和RE102進行復測，測試全部合格。測試曲線如圖6～圖8所示。

圖6 CE102測試結果

圖7 RE102測試結果（2～30 MHz）

圖8 RE102測試結果（30～200 MHz垂直極化）

5 結 論

為了通過該驅動分系統的電磁兼容測試，對系統進行摸底測試，然后針對測試中出現的問題進行定位分析，特別是對某驅動分系統中濾波、屏蔽、接地等各個方面深入分析，采用對應的相關措施，取得了明顯的效果。因此在設計過程中一定要切實考慮設備系統的電磁兼容性能要求，按照電磁兼容設計規范采取對應的電磁兼容設計措施，可為后期電磁兼容試驗節約大量的人力和物力成本，也進一步提高了產品的性能。