摘 要 ： 介 绍 了 一 些 降 低 电 源 、 主 控 板 等 电 磁 干 扰 源 的 传 导 、 高 次 谐 波 及 辐 射 干 扰 的 方 法 和 实 例 。
关 键 词 ： 电 源 ； 电 磁 干 扰 ； 传 导 ； 高 次 谐 波 电 流 ； 辐 射
1 引 言
现 在 的 机 电 产 品 多 要 通 过 EMC 测 试 和 认 证 ， EMC认 证 包 括 EMI和 EMS两 部 分 ， 通 常 比 较 容 易 出 问 题 的 是 EMI。 EMI测 试 主 要 有 电 磁 干 扰 的 传 导 ， 高 次 谐 波 和 辐 射 干 扰 等 ， 其 中 ， 传 导 和 高 次 谐 波 干 扰 主 要 来 自 于 电 源 ， 而 辐 射 干 扰 许 多 场 合 也 直 接 或 间 接 来 源 于 电 源 。 单 从 技 术 方 面 来 说 ， 一 个 有 较 多 经 验 的 工 程 师 解 决 这 些 问 题 ， 通 常 不 会 花 太 多 时 间 ， 但 是 ， 如 果 对 时 间 及 成 本 有 严 格 的 控 制 ， 就 比 较 令 人 头 疼 。 本 文 是 笔 者 从 事 EMC测 试 和 认 证 积 累 的 一 些 经 验 ， 主 要 介 绍 跟 电 源 有 关 的 一 些 措 施 。
2 传 导 噪 声 的 抑 制
传 导 测 试 的 问 题 基 本 上 出 在 电 源 上 ， 其 措 施 主 要 也 是 针 对 电 源 自 身 ， 一 般 包 括 两 个 方 面 ：
1） 恰 当 的 滤 波 电 路 ；
2） 滤 波 元 件 在 线 路 板 上 的 位 置 。
通 常 ， 适 当 增 大 线 圈 的 电 感 值 ， 可 以 对 抑 制 传 导 噪 音 起 到 立 竿 见 影 的 作 用 ； 也 可 以 采 用 两 级 滤 波 电 路 来 保 证 过 大 的 传 导 噪 音 不 会 通 过 电 源 线 侵 入 到 供 电 线 路 中 。 滤 波 元 件 在 线 路 板 上 的 位 置 对 传 导 噪 音 一 般 影 响 不 大 ， 不 过 如 果 噪 音 超 标 较 小 ， 可 以 考 虑 改 变 元 件 布 置 。
有 些 种 类 的 电 器 往 往 用 到 交 流 电 源 ， 如 果 其 上 有 相 位 调 制 电 路 （ 比 如 用 来 控 制 交 流 电 机 ） 的 话 ， 很 容 易 导 致 传 导 干 扰 超 标 ， 解 决 的 方 法 一 是 合 理 选 择 相 位 调 制 电 路 的 滤 波 元 件 的 参 数 ； 二 是 适 度 改 变 电 源 的 滤 波 器 的 参 数 ， 尤 其 是 滤 波 电 感 值 。
3 高 次 谐 波 的 抑 制
一 般 的 开 关 电 源 并 不 会 产 生 高 次 谐 波 超 标 的 问 题 ， 但 是 ， 如 果 机 电 产 品 上 有 使 用 交 流 电 机 、 卤 素 灯 等 具 有 较 大 启 动 冲 击 电 流 的 场 合 ， 就 必 须 考 虑 高 次 谐 波 的 问 题 。 在 这 种 情 形 下 ， 可 以 从 两 方 面 入 手 来 解 决 问 题 ， 一 是 软 启 动 ， 对 交 流 电 机 来 说 ， 启 动 阶 段 的 大 电 流 往 往 导 致 高 次 谐 波 超 标 ； 对 于 卤 素 灯 来 说 ， 从 冷 态 转 换 到 发 热 、 发 光 的 阶 段 ， 电 流 也 比 较 大 ， 同 样 其 非 正 弦 电 流 会 导 致 高 次 谐 波 测 试 通 不 过 ； 二 是 加 装 抑 制 高 次 谐 波 幅 度 的 电 子 电 气 元 件 ， 比 如 线 圈 、 缓 冲 电 容 电 阻 （ CR） 等 ， 采 用 此 种 方 法 时 ， 所 选 用 的 线 圈 和 CR元 件 必 须 有 适 当 的 值 。
在 实 际 应 用 中 ， 上 述 两 个 方 法 可 以 共 同 使 用 ， 以 确 保 减 小 高 次 谐 波 电 流 ， 并 且 抑 制 过 大 的 高 次 谐 波 电 流 传 递 到 供 电 线 路 上 。
某 一 个 机 电 产 品 采 用 降 低 高 次 谐 波 措 施 前 后 的 测 试 波 形 如 图 1所 示 。 测 试 数 值 如 表 1、 表 2所 列 。
在 前 面 介 绍 的 两 种 降 低 高 次 谐 波 的 措 施 中 ， 应 优 先 采 用 软 启 动 方 法 ， 此 种 方 法 是 通 过 软 件 实 现 的 ， 如 果 是 在 设 计 阶 段 ， 几 乎 不 增 加 成 本 。 而 且 ， 如 果 高 次 谐 波 超 标 值 比 较 小 的 话 ， 通 过 观 测 采 用 软 启 动 前 后 的 启 动 电 流 值 即 可 预 测 正 式 测 试 是 否 可 以 通 过 。
需 要 说 明 ， 采 用 线 圈 及 CR元 件 这 种 方 法 时 ， 线 圈 的 电 感 值 要 适 中 ， 并 非 越 大 越 好 ， 一 来 过 大 反 而 不 利 于 抑 制 高 次 谐 波 ； 二 来 电 感 值 越 大 ， 线 圈 成 本 越 高 。
4 辐 射 的 抑 制
辐 射 干 扰 是 比 较 难 以 解 决 的 问 题 ， 如 果 在 生 产 阶 段 抽 检 不 合 格 ， 需 要 采 取 补 救 措 施 ， 可 能 造 成 产 品 成 本 大 幅 度 增 加 。 下 面 介 绍 几 种 抑 制 辐 射 干 扰 的 措 施 。
4. 1 电 源 辐 射 的 抑 制
电 源 是 一 个 主 要 辐 射 源 。 需 要 注 意 以 下 几 个 方 面 ：
1) 线 路 板 接 地 线 的 布 线
通 常 来 说 ， 电 源 线 路 板 的 地 线 布 置 状 况 不 会 对 辐 射 有 多 大 影 响 ， 但 须 注 意 ， 尽 量 不 要 把 散 热 板 设 置 成 地 线 的 一 部 分 ， 有 些 场 合 ， 这 种 做 法 会 导 致 辐 射 在 整 个 测 试 频 率 范 围 内 大 幅 度 提 高 。 作 为 应 急 措 施 ， 或 者 此 处 线 路 板 上 确 无 空 间 布 置 地 线 的 话 ， 可 以 在 线 路 板 上 跨 接 导 线 来 “ 短 路 ” 散 热 板 ， 效 果 非 常 明 显 。 电 源 上 的 散 热 板 通 常 要 求 接 地 ， 不 过 不 要 单 端 接 地 ， 否 则 可 能 反 而 成 为 一 个 干 扰 源 。
另 外 ， 地 线 应 尽 可 能 宽 、 尽 可 能 短 。
2) 直 流 输 出 电 压 质 量
在 进 行 辐 射 测 量 之 前 ， 最 好 先 用 示 波 器 测 量 一 下 电 源 直 流 输 出 电 压 噪 音 的 大 小 ， 如 高 频 噪 音 异 常 大 ， 建 议 先 解 决 此 问 题 ， 因 为 它 往 往 也 导 致 辐 射 干 扰 在 整 个 测 试 频 率 范 围 内 大 幅 度 超 标 。
3) 主 控 板 与 电 源 的 连 线
如 低 频 辐 射 (30～ 84 MHz)超 标 ， 可 以 考 虑 是 不 是 电 源 的 原 因 ， 解 决 此 问 题 的 有 效 办 法 是 在 电 源 与 主 控 板 的 连 线 处 加 装 磁 环 ， 通 常 把 所 有 连 接 线 束 都 穿 过 磁 环 。 当 然 ， 磁 环 的 特 性 和 安 装 位 置 需 要 合 适 。
加 装 磁 环 降 低 传 导 噪 音 的 一 个 实 例 是 将 磁 环 加 装 在 主 控 板 与 电 源 的 连 线 中 间 位 置 。
4) 电 源 线 上 加 装 磁 环
在 电 源 线 上 加 装 磁 环 ， 需 要 注 意 对 于 不 同 的 机 电 产 品 和 电 源 ， 磁 环 安 装 位 置 是 有 区 别 的 。 有 时 候 安 装 在 机 器 外 部 电 源 线 上 效 果 好 ， 有 时 候 安 装 在 内 部 电 源 线 靠 近 电 源 处 效 果 好 ， 这 就 需 要 测 试 一 下 才 能 确 定 装 在 哪 里 比 较 合 适 。
磁 环 安 装 在 电 源 线 上 是 一 箭 双 雕 的 好 方 法 ， 既 可 以 降 低 传 导 噪 音 ， 也 可 以 抑 制 辐 射 干 扰 。 但 在 有 些 情 况 下 ， 单 是 在 电 源 线 上 安 装 磁 环 还 不 够 。
5) 元 器 件 选 用
电 源 上 很 多 元 器 件 对 辐 射 有 较 大 的 影 响 ， 比 如 主 开 关 管 、 高 频 变 压 器 及 输 出 端 整 流 二 极 管 等 ， 需 尽 量 采 用 低 噪 音 的 元 器 件 。 对 于 电 源 二 次 侧 的 整 流 二 极 管 来 说 ， 可 选 用 的 器 件 种 类 有 快 恢 复 二 极 管 （ FRD） 、 超 快 恢 复 二 极 管 （ SRD） 及 肖 特 基 二 极 管 （ SBD） 等 ， 其 中 SBD目 前 基 本 上 应 用 于 低 输 出 直 流 电 压 的 场 合 。
这 里 有 一 个 实 例 ， 在 批 量 生 产 前 发 现 余 量 非 常 小 ， 在 33.960 MHz频 率 时 仅 为 － 1.07， 因 此 采 取 了 两 个 措 施 ， 一 是 更 换 了 输 出 端 整 流 二 极 管 （ 原 来 所 用 器 件 为 SF10LC20U， 其 反 向 恢 复 时 间 trr为 35 ns， 后 改 用 MUR2020CT， 其 trr为 25 ns） 。 二 是 去 掉 了 一 个 散 热 板 单 端 接 地 处 的 接 地 布 线 ， 见 图 2中 箭 头 所 示 ， 结 果 辐 射 余 量 在 原 问 题 频 率 附 近 增 大 到 － 4.15， 达 到 了 规 格 要 求 。
4. 2 主 控 板 辐 射 的 抑 制
主 控 板 也 是 主 要 的 一 个 辐 射 源 ， 由 于 其 所 用 晶 振 频 率 一 般 较 高 ， 又 有 大 量 电 路 涉 及 高 速 数 据 处 理 ， 因 此 往 往 产 生 高 频 辐 射 。 为 了 降 低 辐 射 ， 可 以 从 以 下 几 方 面 来 下 功 夫 ：
1) 主 控 板 的 布 线 ， 尤 其 是 地 线 的 布 设 ；
2) 元 器 件 选 用 ；
3) 在 高 速 信 号 线 上 使 用 零 电 阻 电 感 等 ；
4)地 线 的 布 设 方 面 ， 比 如 模 拟 地 与 数 字 地 的 噪 音 隔 离 技 术 ；
5) 屏 蔽 板 的 采 用 ；
6) 2层 板 、 屏 蔽 铜 膜 2层 板 、 4层 板 及 4层 板 以 上 多 层 板 的 选 择 。
其 实 选 择 几 层 板 是 非 常 重 要 的 ， 它 们 对 辐 射 的 影 响 非 常 大 。 就 一 般 应 用 而 言 ， 建 议 选 用 2层 板 ， 因 4层 板 的 成 本 大 大 高 于 2层 板 。 而 在 2层 板 的 基 础 上 采 用 表 面 屏 蔽 铜 膜 工 艺 的 成 本 介 于 两 者 之 间 ， 它 们 降 低 高 频 辐 射 的 效 果 则 刚 好 相 反 ， 从 大 到 小 依 次 为 4层 板 ， 2层 板 ＋ 铜 膜 ， 2层 板 。
主 控 板 的 辐 射 问 题 一 定 要 在 批 量 生 产 之 前 解 决 ， 一 旦 在 生 产 阶 段 发 生 抽 检 不 合 格 的 情 况 ， 非 常 被 动 。 往 往 采 用 许 多 措 施 都 没 有 效 果 ， 如 果 迫 不 得 已 由 2层 板 改 为 4层 板 ， 效 果 是 非 常 好 ， 只 是 成 本 大 幅 度 增 加 。
4. 3 其 它 方 面
其 它 方 面 对 辐 射 大 小 也 有 一 定 影 响 。
1) 电 机 控 制 板 与 电 源 线
许 多 机 电 产 品 会 用 到 直 流 电 机 ， 需 要 精 密 控 制 的 地 方 还 会 用 到 步 进 电 机 ， 电 机 的 控 制 板 会 产 生 辐 射 噪 音 。 除 了 在 设 计 控 制 板 时 尽 早 考 虑 降 低 辐 射 外 ， 在 电 机 的 电 源 线 上 加 装 磁 环 也 是 一 个 有 效 的 办 法 ， 如 果 电 源 线 在 磁 环 上 绕 两 匝 ， 效 果 会 更 好 。
2) 易 产 生 静 电 零 件 的 接 地
机 电 产 品 上 有 一 些 转 动 的 金 属 零 件 和 构 件 会 产 生 静 电 ， 静 电 通 常 不 会 产 生 值 得 注 意 的 辐 射 ， 但 如 有 可 能 ， 最 好 给 这 些 零 件 和 构 件 加 上 接 地 装 置 ， 及 时 泄 放 静 电 ， 既 可 以 不 影 响 机 器 性 能 ， 也 有 利 于 降 低 辐 射 。
5 结 语
总 体 上 ， 降 低 电 磁 干 扰 的 种 种 措 施 既 有 理 论 依 据 ， 又 有 实 践 经 验 ， 有 时 候 积 累 经 验 更 为 重 要 。 降 低 电 磁 干 扰 需 要 板 级 设 计 者 （ 电 源 设 计 者 和 主 控 板 设 计 者 等 ） 和 电 磁 兼 容 工 程 师 两 方 面 的 技 术 协 调 。 不 管 怎 样 ， 需 要 尽 早 在 设 计 阶 段 就 解 决 问 题 ， 以 避 免 批 量 生 产 时 出 现 超 标 问 题 导 致 成 本 大 幅 度 上 升 的 困 境 。
