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由HUB引起的辐射发射超标【EMC学习】

由HUB引起的辐射发射超标【EMC学习】

【现象描述】

某通信设备,采用机柜构架设计,进行辐射发射试验时,发现辐射超过限值线的要求。从测试频谱图图中可以看到,30MHz时开始出现大量的连续噪声, 幅度较高, 一直到100 MHz

左右。

【原因分析】

根据经验,低频段的超标很可能来自于电源线的辐射(因为电源的工作频率范围及电源线较长等原因),所以首先把辐射源定位为来自于电源模块。被测设备的供电是采用机顶电源盒配电,完成防雷、滤波、合路、监控,然后将电源分别接到三个子架上,每个子架的电源入口都有710 µH的共模电感。试着在电源线上再接上一个滤波器进行测试,结果一点改善都没有。因此可断定,问题不在电源盒部分。审视整机供电结构,整机总共有三个子架需要供电,每个子架中的PCB板种类各不一样,功耗也不同。

由于分贝是一个相对值的单位 ,采用排除法虽不能完全确定辐射发射的强、弱,但是也可以作为定位问题的参考。依次关掉子架的电源来定位辐射源,从上到下依次给子架断电。

直到最后一个子架断电后,低频段的测试结果儿乎没有什么变化。

原来在2.2m 高的机柜底部还安装了一个Hub(集线器),如下图所示。Hub的作用是将三个子架的信号连起来。将Hub的电源拔去后测试 ,低频段的辐射立 即消失,频谱下降到与背景频谱接近。将所有子架再上电 (Hub仍然不供电),结果也很好。至此,可以断定辐射超标是由Hub引起的。

由HUB引起的辐射发射超标【EMC学习】 博主推荐 第1张

Hub的电源要求是直流7.5 ~ 12 V。由千设备只有-48V直流电,产品为Hub 设计了一个单独的 DC/DC 电源板。-48 V 电源从电源盒中引出,经过2 . 2 m 高的机柜到底部,接入Hub的电源板。Hub 电源板输出10 V, 向 Hub 供电。Hub 电源板至Hub的电源线长 30 cm。

为了进一步定位辐射源,分辨辐射主要是由Hub产生的还是由电源产生的,可用一线性电源(线性电沥由于其线性工作特点,故决定了其无辐射)暂时代替电源板(开关电源),再进行测试,结果Hub的辐射是符合要求的。可见,只要解决Hub电源板的辐射问题,就可以解决整个设备的辐射间题。

DC /DC 模块是辐射发 生源,-48V 电源输入口上有一个 100µH的共模电感、两个1500 pF的 Y 电容及一个0. 22µF的差模电容。输出级没有滤波, Hub 电源板输出级到Hub有一根30 cm 的普通电源线, 只要拔掉这段电源线,测试结果就能满足要求。

在测试中发现,一旦插上30 cm 长的这段电源线, 即使不接Hub, DC /DC电源无负载,终端悬空,发射也相当大。

以上测试结果可见,那段没有任何处理的 30cm长的输出电源线是辐射形成的天线,电源板中的开关电源是噪声源。很显然,只要对电源板的电源输出口做好噪声的滤波与抑制,就能解决辐射发射的问题。

从效果上看,铁氧体磁环当然是一种很好的选择,同时铁氧体磁环的应用灵活性给定位 EMC 问题带来一定的方便,但是由于铁氧体磁环只是问题定位过程中的临时措施,在本案例的产品机柜中会出现安装与固定间题,因此它需要被其他具体电路所代替,如 LC 滤波。

【处理措施】

按 以 上分析结果增加输出电源口的滤波,即1. 3 mH的共模电感、一个 100 nF 的 X 电容, 两个 2200 pF的Y 电容,并保证 Y 电容的接地良好(这一点很重要)。经过改板,落实以上措施后,辐射发射测试结果在限值线以下, 而且低段有 10 dB 以上的裕量。

 

【思考与启示】

(1) 良好的接地是抑制共模噪声的重要手段。

(2) 不仅电源的输入口要滤波,电源的输出口也需要滤波。因为共模噪声会通过寄生电容以容性耦合的方式传向输出电路,同时输出电路中的二极管也是产生噪声的源头。

(3 ) 在某些情况下,磁环相当于一个简易的滤波器,在 EMC问题(如辐射发射,传导骚扰、EFT/B、ESD) 定位过程中,合理地使用磁环可以帮助找出一些 EMC 问题的根源,当然它也可以与其他电路一样,作为抑制噪声的手段,直接设计在产品中。

注:以上用例来自《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》

 

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