由电感选择不当引起的RE辐射超标

文摘   2024-09-17 13:34   江苏  

首先祝大家中秋节快乐,阖家幸福。

对于大多数人来说,RE实验可能是所有EMC实验中接触最多的一项实验,也可能是最为头疼的一项实验,本文仅以一例抛砖引玉,跟大家一起探讨解决RE的方法,如有理解不到位的地方还请大家多多指正。

RE实验的目的是测量产品通过空间传播的辐射骚扰场强,RE实验的依据的标准包括以下:CISPR25,GB18655(国标),ECE-R10.05,欧盟汽车EMC指令2004-104-EC等标准,当然对于各大厂家来说,会根据对产品的要求,在标准的基础上超出标准上限的限值。

天线极化方式包括垂直和水平两种,一般来说,30MHz以下仅选择垂直极化方式,30MHx以上选择垂直和水平两种极化方式。

天线按照测量频率可简单分为:单极垂直天线(30MHz以下,只有垂直极化方向),双锥天线(30MHz-300MHz),对数天线(1GHz以下),喇叭天线(1GHz以上)。




1.)实验产品

车载娱乐产品

2.)实验设置图

3.)实验问题描述及解决

在频率范围为530KHz-1.7MHz,扫描频率9KHz,发现两段宽带超标,如下图黄色区域所示:

经分析发现此超标属于宽带超标,插一段题外话,在高频段,宽带超标多由于电源和数据信号引起(开关电源和数据信号频率往往较低,倍频后会出现整段超标,数据信号是由于数据0101会出现不同的排序,也会引起整段超标;当然在低频段开关电源也会出现窄带超标),而右侧两区域超标波形类似抖频后的波形,计算两波形的差值1.385MHz-985KHz=400KHZ,对照提前准备好的产品频率点分布(建议实验前一定要提前准备好),怀疑是主机的400KHz的开关电源&背光400KHz开关电源(金属后盖)引起,主机的开关电源有抖频功能,首先尝试断开背光的400KHz开关电源,发现没有明显改善,在断开背光400KHz基础上,再断开主机400KHz的开关电源(两个开关电源供电没有关联),发现波形超标大为改善,如下图所示:

因为背光有屏蔽罩(造成辐射的可能性相对较低),我们先进行主机400KHz开关电源的优化,我们遵循源-干扰路径-被干扰源的原则进行优化,我们先尝试对干扰路径进行优化,因为辐射频段为1MHz左右频段,依据下图选择47uf电容滤波效果可能比较好。

我们在开关电源后端增加47uf的电容,重新测试,发现效果有所改善,但是仍然超标,而且该产品对此开关电源的位置有限高的要求,需要尝试别的方法。

我们尝试从干扰源的角度分析解决问题,可以选择选择调整开关频率/减小mosfet管开关时间/选择大电感等方向分析,在分析电路时发现该开关电源的电路选择了470nH的电感,开关电源后端负载最大电流为2A,根据公式:                                   

当电感越大时,纹波越小,由于设计图纸时负载是按照2A计算,按照负载电流的25%来计算纹波,电感可以选择470nH,但是实际的工作电流是0.7A左右,选择470nH的电感,可能会引起电源工作在DCM模式。我们选择4.7uH的电感重新测试该频段,发现超标现象得到很好解决。看到这里,可能很多人就会认为主机的开关电源就是引起超标的主要因素,其实不然,第一次去除干扰源1,没有明显降低,在去除干扰源1的基础上,去除干扰源2后,超标明显降低了,只能说明干扰源2相对剩下的干扰源是数量级最大的,因为EMC测试的单位是db,并不是简单的十进制数相加减,具体的分析我会在下一篇文章中解答。最后我们再恢复背光的400KHz的电源,仅仅优化主机400KHz的开关电源电路,超标问题仍可以得到解决,这时才说明主机的400KHz是主要干扰源,仅优化主机的400KHz电路即能通过该频段测试。

回想整个过程,主要是由于前期设计时对负载的评估有误,未选择合适的电感导致的,这也是一个很好的经验教训。下一篇我会解释为什么在去除一个干扰源1的基础上,再去除一个干扰源2,哪怕幅值降低很多,也不能认为干扰源2是主要干扰源的原因,希望能够给大家带来一些参考,谢谢。


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