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​电源端传导骚扰问题分析与定位

01. 电源端传导骚扰测试本质

根据电源端传导骚扰测试原理分析可知,其本质是检测流过LISN电阻上的电流大小,这个电流即包含差模电流成分,也包含共模电流成分。

   

差模干扰等效模型及等效计算

  

共模干扰等效模型及等效计算

非本征差模干扰等效计算(共模干扰转差模干扰)

02. 电源端传导骚扰测试问题解决思路

由电源端传导骚扰测试的本质可知,解决问题的主要思路,是降低流过LISN电阻上的电流(差模电流与共模电流)。主要解决方案是在AC输入端增加电源滤波器抑制流过LISN电阻的电流,滤波器包含差模干扰滤波与共模干扰滤波两种;或者从源头上降低噪声电流,从传播路径上降低噪声耦合能量。 

03. 电源端传导骚扰定位方法

没有定位的整改效率非常低下,有时会撞的头破血流,还茫然无措。电源端传导骚扰问题的定位,应根据其测试原理,结合骚扰耦合机理进行分析。根据测试数据分析定位可以依据测试数据超标频点的特征进行定位分析,超标频点之间是否存在倍频关系,超频频点是否为某个开关电源的工作频率及倍频点;超标频点是单根尖峰干扰,还是表现为宽带噪声干扰。

  • 多频点超标且存在倍频关系:

多个尖峰频点超标,且频点与频点之间间隔存在倍频关系,这种情况通常是某开关频率噪声及其高次谐波干扰,低频段除超标频点外整体余量满足要求,说明噪声干扰是通过空间耦合的方式将AC输入端滤波器旁路,或者在滤波器元件产生感应噪声进入LISN。

    电源端传导骚扰测试数据(一)

  • 多频点超标且无倍频关系:

多个频点超标,且频点与频点之间间隔不存在倍频关系,低频段整个频段内整体飘高,这种情况通常是AC输入端电源滤波器,因为近场耦合被旁路或者部分旁路,或者电源滤波器出现谐振(通常是LC串联谐振),造成滤波器插入损耗降低,噪声进入LISN。

电源端传导骚扰测试数据(二)

  • 单个频点或者单个频点宽带噪声超标:

单个频点或者单个频点宽带噪声超标,其它频点都符合余量管控要求,这种情况基本是有源头谐振频点产生,且AC输入端电源滤波器的插入损耗不够,或者谐振噪声没有经过滤波器衰减,直接被LISN检测到。    

电源端传导骚扰测试数据(三)

  • 单个尖峰频点噪声超标:

单个尖峰频点超标,其它频点都符合余量管控要求,这种情况基本是有开关频率噪声通过空间耦合的方式,在AC输入端电源滤波器元件上产生感应噪声,即噪声没有经过滤波器衰减,直接被LISN检测到。

电源端传导骚扰测试数据(四)

使用频谱分析仪和示波器辅助定位示波器是硬件工程师必备工具,频谱分析仪是EMC工程师整改的利器,两者有机结合可以快速打开通往整改成功的大门。利用频谱分析仪的圆形探头搜索干扰源的区域位置;使用尖形探针寻找干扰源的具体位置。      

对于开关电源的高压部分,无法通过频谱分析仪确认干扰源的具体位置,则可以通过示波器测量关键点的电压与电流波形的方式,进行辅助判断干扰源的位置。

示波器测量到的某电压输出寄生振荡波形图备注:不可以使用频谱分析仪的尖形探头,直接量测电压48V的噪声源。使用示波器测量开关电源端初级电压波形时,注意示波器电源线应用2芯电源线(不含接地PE地线),否则冷热地短路会出现炸机现象。使用磁环或共模电感进行辅助定位。

  • 使用磁环定位电源端传导问题

磁环不仅可以应用于辐射发射问题的定位,同样可以应用于电源端传导问题的定位。磁环的简单使用方法是:在输入AC电源线上增加磁环绕N圈(具体圈数根据滤波频段及磁环材质而定),判断电源滤波器插入损耗设计的合理性。    

不同规格的磁环

  • 使用共模电感定位电源端传导问题

对于电源端传导问题,尤其是整频段都漂高的情况,不确定输入端AC电源滤波器是否存在空间耦合及滤波器是否存在谐振时,可以增加共模电感(板内滤波器相同的共模电感)短路板内共模电感的的方式进行辅助分析判断。

UC系列共模电感

04. 电源端传导骚扰问题分析与调试电源端传导骚扰问题整改思维导读    

磁性器件空间磁场耦合传导问题整改解析

物理学知识告诉我们,通电的导体周围存在磁场,且磁力线总是要形成闭合的回路。根据法拉第电磁感应定律可知,磁场穿过闭合的环路时,可以产生感应电动势和感应电流,即磁生电。

通电导体磁场辐射大小主要影响因素是:电流强度、空间距离,频率。在工作频率与工作电流额定的情况下,通过增加空间距离的方式衰减磁场是行之有效的手段。磁性器件磁场辐射问题在电源端传导骚扰整改过程中时有发生,且越来越受工程师重视,解决磁性器件磁场耦合的主要方法是:

  • 使用磁屏蔽器件(磁屏蔽电感)
  • 使用漏磁场很小的器件(环形电感、环形磁芯的元件)
  • 增加磁场辐射元件与敏感器件、电路之间的距离。
  • 降低磁场辐射元件的电流变化率di/dt。
  • 磁性元件之间的互感耦合可以通过拉大两者之间的距离或者改变两者之间的磁场方向,即使两者之间的磁场平行。
  • 改变磁性器件的绕线方式,减小磁场耦合。

"工"字型非磁屏蔽电感因低廉的制造成本,被广泛应用于Buck电路、Boost电路、以及功放输出LC滤波电路。也因电感低频磁场辐射耦合到开关电源输入级,导致电源端传导测试超标。在PCB设计阶段应严格控制两者之间的距离,在距离无法满足的情况下优选磁屏蔽电感或者环形电感。 

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