1.背景介紹

某升降門(mén)控制器應(yīng)用在民用場(chǎng)合，需要滿(mǎn)足CISPR11 class B group 1限值要求，在做認(rèn)證摸底測(cè)試時(shí)，電源端口傳導(dǎo)發(fā)射（CE）超標(biāo)嚴(yán)重，研發(fā)人員整改三個(gè)星期無(wú)改善，因認(rèn)證時(shí)間節(jié)點(diǎn)壓力，尋求幫助分析整改。

2.整改分析

2.1升降門(mén)控制器系統(tǒng)簡(jiǎn)述

升降門(mén)控制器系統(tǒng)單相AC220V供電，經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)換成24V后，再經(jīng)過(guò)24V電源板給DC電機(jī)供電，參見(jiàn)圖1。

（a）實(shí)物圖（打碼照）

（b）布局接線(xiàn)示意圖

圖1 升降門(mén)控制器系統(tǒng)示意圖

系統(tǒng)概述：

1）系統(tǒng)所有線(xiàn)纜均使用單根單芯非屏蔽線(xiàn)纜，LN和DC+-線(xiàn)纜無(wú)捆扎，無(wú)雙絞；

2）電源接口與濾波板間線(xiàn)纜約為20cm，濾波板與變壓器線(xiàn)纜約為15cm，變壓器與24V電源板約15cm，24V電源板與直流電機(jī)線(xiàn)纜約25cm；

3）升降門(mén)控制器系統(tǒng)采用非金屬機(jī)身，只有直流電機(jī)齒輪箱為金屬的結(jié)構(gòu)地。電源接口PE線(xiàn)先接到結(jié)構(gòu)地（長(zhǎng)度約20cm），然后再接到濾波板上（長(zhǎng)度約10cm）；

4）直流電機(jī)線(xiàn)與輸入電源線(xiàn)平行鄰近走線(xiàn)，并行距離約15cm；

5）直流電機(jī)電極處進(jìn)行10nf濾波，濾波板采用LC拓?fù)洌琇感量為30mH。

圖2 濾波拓?fù)渑c參數(shù)

以上狀態(tài)下的測(cè)試結(jié)果：

圖3 初掃描測(cè)試結(jié)果

有結(jié)果可知，基本上20MHz以下頻段全都超標(biāo)，特別是2.4MHz和12MHz頻點(diǎn)超標(biāo)15db以上。

2.2整改分析

升降門(mén)控制器研發(fā)人員已經(jīng)將共模電感設(shè)計(jì)到30mH，感值較大。對(duì)于此類(lèi)產(chǎn)品一般7-8mH共模電感已經(jīng)完全足夠，明顯是濾波設(shè)計(jì)不合理。同時(shí)部件布局使得輸入電源線(xiàn)纜處于噪聲回流環(huán)路中，會(huì)產(chǎn)生場(chǎng)耦合，削弱濾波器作用，參見(jiàn)圖4示意圖。

圖4 近場(chǎng)耦合示意圖

主要的設(shè)計(jì)缺陷點(diǎn)：

1）濾波器布局沒(méi)有放置到電源輸入端口。

2）濾波器輸入線(xiàn)纜太長(zhǎng)，且平行于輸出線(xiàn)纜走線(xiàn)，且處于噪聲環(huán)流中；

3）濾波器無(wú)機(jī)殼屏蔽，且接地線(xiàn)細(xì)而長(zhǎng)，無(wú)法保證接地的可靠性；

4）24V電源板無(wú)接濾波設(shè)計(jì)。

針對(duì)上述分析，整改如下：

1）電感引起的諧振分析：

回路濾波電感30mH，共模濾波電容2*4.7nf，拆除濾波器后的線(xiàn)路共模分布電容3nf-5nf左右，全路徑通過(guò)諧振計(jì)算：

≈2.4MHz。

與測(cè)試諧振點(diǎn)對(duì)應(yīng)上，說(shuō)明2.4MHz左右頻點(diǎn)是因?yàn)殡姼兄颠^(guò)大導(dǎo)致的，更換10mH電感后，結(jié)果如圖5，諧振點(diǎn)發(fā)生偏移，且幅值減小。

圖5 更換10mH電感測(cè)試結(jié)果

共模電感感量設(shè)計(jì)過(guò)大帶來(lái)的影響：

◎使得線(xiàn)圈繞制過(guò)密，分布電容增大使得頻譜特性變差；

◎容易使得磁芯飽和，為保證不飽和，需要使用更大的磁芯尺寸或采用氣隙設(shè)計(jì)；

◎有較大的壓降，且存在過(guò)熱的風(fēng)險(xiǎn)；

◎過(guò)密的線(xiàn)圈繞制，增加料本的同時(shí)，增加繞線(xiàn)工時(shí)，使得成本上升；

濾波參數(shù)設(shè)計(jì)，不能盲目追求感量越大越好，要有的放矢，否則會(huì)適得其反。

2）近場(chǎng)耦合分析：

有圖4示意圖可知，輸入電源線(xiàn)纜會(huì)遭受場(chǎng)耦合干擾。所以，將電源輸入線(xiàn)纜和濾波板遠(yuǎn)離電機(jī)線(xiàn)，處理方法參見(jiàn)圖6 。

圖6 電源接口與濾波板遠(yuǎn)離電機(jī)線(xiàn)

當(dāng)電源接口與濾波板遠(yuǎn)離干擾回流路徑時(shí)，15MHz以下頻段效果改善15db以上，參見(jiàn)圖7。

圖7電源接口與濾波板遠(yuǎn)離電機(jī)線(xiàn)測(cè)試結(jié)果

濾波器的布局要靠近端口，且應(yīng)就近可靠接地，同時(shí)要保證輸入輸出線(xiàn)纜分開(kāi)走線(xiàn)，不能并行或捆扎在一起走線(xiàn)。

3）24V電源板濾波設(shè)計(jì)分析：

經(jīng)過(guò)1）和2）步整改后，18MHz左右頻點(diǎn)依然超標(biāo)，經(jīng)排查此頻點(diǎn)為24V電源板產(chǎn)生。經(jīng)過(guò)對(duì)24V電源板端口濾波分析發(fā)現(xiàn)，端口無(wú)濾波，使得18MHz左右的頻點(diǎn)噪聲路徑得不到有效的控制而流經(jīng)LISN（路徑①和②），使得結(jié)果較差，示意圖參見(jiàn)圖8。

圖8 18MHz頻點(diǎn)噪聲回路示意圖

整改方法：

在24V電源板上輸入和輸出端口增加兩處4.7nf的共模濾波，在路徑①和②的基礎(chǔ)上，增加了③和④路徑，使得路徑①和②中的噪聲電流減弱，改善測(cè)試結(jié)果，噪聲路徑分析參見(jiàn)圖9所示，測(cè)試結(jié)果參見(jiàn)圖10。

圖9 加濾波后的噪聲路徑分析示意圖

圖10 24V電源板端口加濾波后結(jié)果

2.3落地設(shè)計(jì)分析

因結(jié)構(gòu)已經(jīng)開(kāi)模，各部件布置和走線(xiàn)方式無(wú)法變更，且24v電源板內(nèi)部電源為外購(gòu)模塊，無(wú)法從源頭進(jìn)行抑制，只能從路徑下手。在24V電源板輸入輸出端口加濾波的措施外，輸入電源接口到濾波器間線(xiàn)纜采用屏蔽線(xiàn)，同時(shí)濾波器采用屏蔽罩屏蔽，注意屏蔽線(xiàn)和屏蔽罩的可靠搭接。

落地設(shè)計(jì)濾波參數(shù)參見(jiàn)表1：

表1 落地設(shè)計(jì)濾波參數(shù)

屏蔽處理參見(jiàn)圖11所示：

（a）線(xiàn)纜及濾波屏蔽示意

（b）整改時(shí)銅箔屏蔽處理示意

圖11 屏蔽處理

設(shè)計(jì)落地后測(cè)試結(jié)果（采用屏蔽線(xiàn)和屏蔽罩代替銅箔等臨時(shí)處理手段）：

圖12 設(shè)計(jì)落地測(cè)試結(jié)果

3.思考與啟示

1）共模電感的感量不能盲目增加，要有的放矢，否則會(huì)適得其反產(chǎn)生不必要的諧振；

2）部件布局與走線(xiàn)設(shè)計(jì)中，要避免輸入與輸出線(xiàn)的并行走線(xiàn)及噪聲環(huán)路的場(chǎng)耦合；

3）分析噪聲路徑，人為進(jìn)行濾波路徑控制，減小流入LISN的噪聲信號(hào)；

4）非屏蔽電源線(xiàn)纜，應(yīng)進(jìn)行雙絞處理，減小環(huán)路面積；

5）場(chǎng)耦合可采用屏蔽進(jìn)行抑制，注意搭接的可靠性；

6）濾波接地線(xiàn)纜盡量短，且線(xiàn)徑不小于功率線(xiàn)線(xiàn)徑。

7）系統(tǒng)化分析噪聲源與路徑，不能把端口濾波器作為唯一的整改手段，而拼命的加大濾波；

8）工程師要具備EMC設(shè)計(jì)理念，參與到前期設(shè)計(jì)中，特別是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，避免后期“擦屁股”。
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