在電源正負(fù)極加共模濾波器，如何防止噪聲通過低阻抗線路輻射出來

一、前言

伴隨著電磁兼容技術(shù)在國內(nèi)的不斷發(fā)展，狹小的汽車空間內(nèi)卻集成了大量的電子設(shè)備，如導(dǎo)航儀、汽車音響、倒車?yán)走_(dá)和安全氣囊等電子集成系統(tǒng),這些電子設(shè)備都有可能向周圍發(fā)射不同波段的干擾信號(hào)。 例如,當(dāng)行車至高壓電力線下時(shí)，由于車載電子控制電路受到干擾而導(dǎo)致操作的無效，輕則影響駕乘人員的體驗(yàn)度，重則造成車毀人亡的事故。 所以汽車電子的相關(guān)測(cè)試在保證汽車行駛安全的工作中，扮演著越來越重要的角色。

二、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

傳導(dǎo)發(fā)射(Conducted Emission)，簡稱CE，也被稱為傳導(dǎo)騷擾，是指電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部的電壓或電流通過信號(hào)線、電源線或地線傳輸出去而成為其他電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)干擾源的一種電磁現(xiàn)象。傳導(dǎo)發(fā)射分兩種測(cè)試模式，我們稱為電流法和電壓法，今天我們主要了解一下電流法，主要測(cè)量頻率在0.15MHz到245MHz。

三、 案例

1.數(shù)據(jù)分析

這是一款車載產(chǎn)品，目前測(cè)試不通過的項(xiàng)目是電流法，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)是CISPR 25-2016 ，按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行擺放測(cè)試，我們得到下面的數(shù)據(jù)：

從數(shù)據(jù)上看，高頻部分?jǐn)?shù)據(jù)比較差，本身的測(cè)試頻段沒有到GHz，更多的是電源包絡(luò)而非數(shù)據(jù)包絡(luò)。

2. 驗(yàn)證方案

我們已經(jīng)知道問題是電源噪聲，這個(gè)時(shí)候可以取出我們的驗(yàn)證神器磁環(huán)。在判斷問題中，我們可以使用磁環(huán)來驗(yàn)證噪聲類型及輻射路徑，加磁環(huán)后測(cè)試如下所示:

正常來說磁環(huán)圍繞線繞一圈效果會(huì)更好，考慮到電流法測(cè)試有線束長度要求，繞一圈線束會(huì)增加一定的線長，可能導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果偏差，所以直接扣上去看效果，目前看來，超標(biāo)的頻段噪聲屬于共模噪聲。

3、 驗(yàn)證措施

前面我們已經(jīng)用確定了噪聲通過線束傳出來被電流探頭捕捉到，同時(shí)共模濾波器可以有效的降低共模噪聲超標(biāo)問題。到此我們直接加共模就好了，可是加完共模后測(cè)試數(shù)據(jù)如下：

從數(shù)據(jù)上看，共模有效果但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到磁環(huán)的效果，這種情況說明噪聲還是通過線束出來了，但是我們?cè)陔娫凑?fù)極加了共模，理論上是已經(jīng)不會(huì)有噪聲了，這是為什么?車載電源除了正極還有一個(gè)ACC的信號(hào)，剛剛的措施只對(duì)正負(fù)極ACC沒有加?xùn)|西，所以在ACC上加點(diǎn)什么可以把數(shù)據(jù)降下來?

上面的措施就是最終給出的方案，在電源正負(fù)極加共模濾波器，ACC信號(hào)線加磁珠，防止噪聲通過低阻抗線路輻射出來。

4. 結(jié)論

一般來說ACC信號(hào)不會(huì)有那么大的噪聲，造成這種情況只能是耦合到了電源的噪聲，這種情況我們除了外圍的一些整改措施，還有一種解決方案就是在Layout的時(shí)候注意走線位置，避免一些輻射能力強(qiáng)的地方如：晶振、電感、開關(guān)芯片等周邊。

原因分析

1. 濾波不足?

原理圖設(shè)計(jì)320VDC，220VAC端口內(nèi)部已有兩級(jí)濾波;整改測(cè)試時(shí)，已在320VDC，220VAC外部再加兩級(jí)濾波(無近場(chǎng)耦合問題);根據(jù)濾波電路插損性能評(píng)估以及同類問題的整改經(jīng)驗(yàn)，CLASS 3應(yīng)該綽綽有余;故非濾波電路插損不足導(dǎo)致干擾超標(biāo)。

2. 近場(chǎng)耦合?

在320VDC，220VAC端口分別外掛兩級(jí)濾波，CE電流法測(cè)試有部分改善，但問題未徹底解決;因?yàn)V波板放置在EUT外部，EUT為金屬外殼并接地;故非近場(chǎng)耦合導(dǎo)致干擾超標(biāo)。

3. 回路分析

將電流探頭穿過1.5m線纜，線纜與EUT無電氣連接關(guān)系，EUT正常工作，測(cè)試情況如下：

表 5 孤立線纜CE電流法測(cè)試數(shù)據(jù)

測(cè)試布置示意圖測(cè)試數(shù)據(jù)

線纜雙端懸空

線纜單端接地

線纜雙端接地

結(jié)論：

1)線纜懸空&單端接地，高頻段超標(biāo)，原因：EUT干擾空間耦合;

2)線纜雙端接地，低頻段超標(biāo);銅板地存在高噪聲->兩接地點(diǎn)之間有電位差->線纜上有干擾電流。

通過測(cè)試定位發(fā)現(xiàn)CE電流法超標(biāo)和PE有很大關(guān)系，推測(cè)干擾可能通過Y電容回流到PE。核查原理圖和PCB設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)PFC電路BUS電容正負(fù)分別對(duì)PE有跨接Y電容;嘗試將Y電容去掉，CE電流法測(cè)試PASS且余量足夠。

無橋PFC電路，設(shè)備正常工作時(shí)，理想情況下BUS正為400VDC，設(shè)備帶滿載實(shí)際存在較大的紋波電壓，因Y電容存在，兩Y電容中間點(diǎn)即存在200VDC脈動(dòng)的電壓，在此Noise源驅(qū)動(dòng)下，Noise->兩Y電容中點(diǎn)-> EUT機(jī)殼地 -> 銅板地 -> LISN ->濾波電路-> 無橋PFC電路->BUS正->BUS電容->BUS負(fù)，干擾回路如下圖所示;銅板地存在較大的干擾電流，CE電流法測(cè)試，只要和PE有關(guān)聯(lián)即存在測(cè)試超標(biāo)。

圖 3 干擾回路示意圖