杜佐兵
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产品中传导发射问题的分析与诊断

在大多数情况下,与辐射发射相比,传导发射的故障诊断和整改更为容易。与高频相比,频率较低时受到寄生效应的影响较小。因此,与辐射发射产生的原因和解决方法相比,传导发射产生的原因和解决方法通常更容易理解。大多数的传导发射都是由开关电源产生的,最佳的电源设计通常是在电源的输入端进行充分的滤波。

注意:大多数商用的电源线滤波器模块或滤波器电路,设计时覆盖的频率上限仅到30MHz。因此,开关器件或整流器的开关瞬态产生的谐波仍能通过滤波器向外传播。同时,由于物联产品内部都使用了高速数字电路,他们能产生较高频率的谐波,这些谐波将进入系统电源,通过滤波器的泄漏返回到产品的电源线。如下图所示的典型传递路径。

因此,根据我们的经验,大多数设计良好的滤波器对于传导发射的解决是足够的,但要注意产品设计或系统设计时滤波器的性能受到影响的情况,如内部电缆走线不好、滤波器和电源的放置位置不对或者是外壳或信号返回路径连接不好,都会影响滤波器的性能。

通常情况下,产品测试不合格对其自身性能的影响很小,但其发射电平会干扰附近或连接在相同电源电路中的灵敏度测量设备或通信接收机。

一.传导发射的问题分析及诊断

对于传导发射,应检查以下几个方面:

(1)独立的单个发射尖峰比如窄带发射如果存在则表明产品内部的数字时钟或其他高频源可能是在电源输入滤波器的周围产生耦合的,尤其是在10MHz以下的频率范围。

(2)在大约10MHz以下,间隔很密的宽峰值的谐波通常表明开关电源为可能的发射源。

(3)宽带的发射通常是由交流电源整流器和主开关系统产生的。

(4)1MHz左右及以下的发射,从本质上来说通常为差模发射。

(5)1MHz以上的发射,从本质上来说逐渐地成为共模发射。

(6)为了控制最低频率的发射,需要使用最大的滤波器元件。注意:滤波器中所产生的过大漏电流问题。

(7)连接线缆与外壳之间使用电容器件及共模电感器件可很好地减小共模噪声。如果条件允许。注意:线与线之间的电容器件对差模有效。

(8)滤波器的安装位置应尽可能地靠近电源线进入产品的连接器或连接位置。

(9)如果有辅助设备与产品相连接,那么应确保其不是发射源。如果没有需要的话,应关掉辅助设备。

二.产品中传导发射测试不通过的典型原因

传导发射的典型问题,通常都出现在限值频率范围的两端。也就是说,他们往往出现在限值所对应的频率范围的最低频率或最高频率。最典型且有优化选型器件的频率与阻抗特性数据如下图所示。

最低频率的发射通常是因滤波器使用的元件不合适产生的。

比如,滤波器通常要使用大的线线之间的X电容器、大的串联共模电感及串联的电感器等等。

当滤波器件的尺寸过大或重量过重,即能进行正确滤波的元件放置不下或认为其重量过重,在这种情况下就会出现了问题。这种问题的一部分,可通过选择滤波器元件的正确放置位置及使用合适的元件来进行解决。

产生高频发射的原因通常为寄生效应和交叉耦合噪声问题。在这种情况下,滤波器的放置和PCB的布局布线 则变得很重要。能产生磁场的元件在产品的放置和走线过程中应该进行仔细检查和控制。当滤波器没有邻近电源接口的连接器放置时,其布线可能会产生问题,这种问题需要优先控制和解决。

另外一个产生传导发射问题的原因是,如果分立的滤波器器件放置位置远离电源线的进入位置或滤波器的输入导线和输出导线太邻近,这样就会有效地旁路掉滤波器,射频噪声电流因而将会出现在电源线上。其相关内容可参考《开关电源电磁兼容分析与设计》

注意:不推荐在单根电源线上使用铁氧体,尤其是在交流电源线上。任何大的电流都很容易使铁氧体饱和。在交流电源线上,当电流从正变为负,铁氧体在正半周期进入饱和,然后在负半周期又再次进入饱和。在这个过程中会产生显著的阻抗变化,增加了电源线上噪声和发射的产生。

对于能工作在大电流条件下的磁性材料。铁粉芯和其它磁性材料都能起到很好的作用。当用作共模扼流圈时,铁氧体为理想材料。注意:在低频时的发射可能为差模而不是共模,对于低频能量的减小,共模电感器的作用会不大。

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