1.背景介紹

某升降門控制器應用在民用場合，需要滿足CISPR11 class B group 1限值要求，在做認證摸底測試時，電源端口傳導發射（CE）超標嚴重，研發人員整改三個星期無改善，因認證時間節點壓力，尋求幫助分析整改。

2.整改分析

2.1升降門控制器系統簡述

升降門控制器系統單相AC220V供電，經變壓器轉換成24V后，再經過24V電源板給DC電機供電，參見圖1。

（a）實物圖（打碼照）

（b）布局接線示意圖

圖1 升降門控制器系統示意圖

系統概述：

1）系統所有線纜均使用單根單芯非屏蔽線纜，LN和DC+-線纜無捆扎，無雙絞；

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

3）升降門控制器系統采用非金屬機身，只有直流電機齒輪箱為金屬的結構地。電源接口PE線先接到結構地（長度約20cm），然后再接到濾波板上（長度約10cm）；

4）直流電機線與輸入電源線平行鄰近走線，并行距離約15cm；

5）直流電機電極處進行10nf濾波，濾波板采用LC拓撲，L感量為30mH。

圖2 濾波拓撲與參數

以上狀態下的測試結果：

圖3 初掃描測試結果

有結果可知，基本上20MHz以下頻段全都超標，特別是2.4MHz和12MHz頻點超標15db以上。

2.2整改分析

升降門控制器研發人員已經將共模電感設計到30mH，感值較大。對于此類產品一般7-8mH共模電感已經完全足夠，明顯是濾波設計不合理。同時部件布局使得輸入電源線纜處于噪聲回流環路中，會產生場耦合，削弱濾波器作用，參見圖4示意圖。

圖4 近場耦合示意圖

主要的設計缺陷點：

1）濾波器布局沒有放置到電源輸入端口。

2）濾波器輸入線纜太長，且平行于輸出線纜走線，且處于噪聲環流中；

3）濾波器無機殼屏蔽，且接地線細而長，無法保證接地的可靠性；

4）24V電源板無接濾波設計。

針對上述分析，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，拆除濾波器后的線路共模分布電容3nf-5nf左右，全路徑通過諧振計算：

≈2.4MHz。

與測試諧振點對應上，說明2.4MHz左右頻點是因為電感值過大導致的，更換10mH電感后，結果如圖5，諧振點發生偏移，且幅值減小。

圖5 更換10mH電感測試結果

共模電感感量設計過大帶來的影響：

◎使得線圈繞制過密，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計；

◎有較大的壓降，且存在過熱的風險；

◎過密的線圈繞制，增加料本的同時，增加繞線工時，使得成本上升；

濾波參數設計，不能盲目追求感量越大越好，要有的放矢，否則會適得其反。

2）近場耦合分析：

有圖4示意圖可知，輸入電源線纜會遭受場耦合干擾。所以，將電源輸入線纜和濾波板遠離電機線，處理方法參見圖6 。

圖6 電源接口與濾波板遠離電機線

當電源接口與濾波板遠離干擾回流路徑時，15MHz以下頻段效果改善15db以上，參見圖7。

圖7電源接口與濾波板遠離電機線測試結果

濾波器的布局要靠近端口，且應就近可靠接地，同時要保證輸入輸出線纜分開走線，不能并行或捆扎在一起走線。

3）24V電源板濾波設計分析：

經過1）和2）步整改后，18MHz左右頻點依然超標，經排查此頻點為24V電源板產生。經過對24V電源板端口濾波分析發現，端口無濾波，使得18MHz左右的頻點噪聲路徑得不到有效的控制而流經LISN（路徑①和②），使得結果較差，示意圖參見圖8。

圖8 18MHz頻點噪聲回路示意圖

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，改善測試結果，噪聲路徑分析參見圖9所示，測試結果參見圖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果

2.3落地設計分析

因結構已經開模，各部件布置和走線方式無法變更，且24v電源板內部電源為外購模塊，無法從源頭進行抑制，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纜采用屏蔽線，同時濾波器采用屏蔽罩屏蔽，注意屏蔽線和屏蔽罩的可靠搭接。

落地設計濾波參數參見表1：

表1 落地設計濾波參數

屏蔽處理參見圖11所示：

（a）線纜及濾波屏蔽示意

（b）整改時銅箔屏蔽處理示意

圖11 屏蔽處理

設計落地后測試結果（采用屏蔽線和屏蔽罩代替銅箔等臨時處理手段）：

圖12 設計落地測試結果

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，否則會適得其反產生不必要的諧振；

2）部件布局與走線設計中，要避免輸入與輸出線的并行走線及噪聲環路的場耦合；

3）分析噪聲路徑，人為進行濾波路徑控制，減小流入LISN的噪聲信號；

4）非屏蔽電源線纜，應進行雙絞處理，減小環路面積；

5）場耦合可采用屏蔽進行抑制，注意搭接的可靠性；

6）濾波接地線纜盡量短，且線徑不小于功率線線徑。

7）系統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設計理念，參與到前期設計中，特別是結構設計中，避免后期“擦屁股”。
責任編輯:pj