电源线相关电磁兼容整改典型案例分析

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2019年第4期 安全与电磁兼容
引言
由于电子设备应用的开关电源自身是一个很强的干扰源，且电源线（文中专指电源输入线）自机箱内部引出，若电源线滤波设计不当会带来很多电磁兼容性问题。

同时电磁兼容测试标准越来越全面、细致、严格，如GJB 151B-2013《军用设备和分系统 电磁发射和敏感度要求与测量》较GJB 151A-1997《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求》的明显变化就是测试时电源输入线不能用屏蔽线缆，这对电源线滤波设计提出了更高的要求。

以下结合三个典型电磁兼容案例的分析、排查、整改过程，证明电源线滤波设计的重要性。

1 电源线滤波设计
电源线滤波就是切断干扰信号的耦合路径或抑制干扰信号在该路径的耦合，整机设备电源线滤波设计及内部干扰（耦合到电源线的内部干扰）回路示意见图1。

电源线上的差模、共模干扰来自电源开关频率的干扰信号及电源线耦合的设备内部的其它干扰信号。

为有效抑制电源线上的干扰信号，通常在电源输入端添加高性能滤波器。

滤波器一般设计成两级滤波，一级共模滤波、一级差模滤波，其电路模式见图2。

2 整改案例分析
2.1 案例1 超短波侦察系统电源设备干扰
超短波侦察系统工作在30~500 MHz 频段，用于接收、侦察超短波通信信号。

在实际使用中，系统天线接收到的有用信号被淹没在了系统自身干扰噪声中，系统侦察效果很差。

经排查侦察系统，电源设备是其中一个主要干扰源。

以下针对电源设备进行分析、整改。

如图3，该电源设备内部有输入控制、多路DC/DC 模块、网络/微机等电路，高频干扰信号丰富，其中DC/DC 电源模块、网络/微机产生的差模、共模干扰可能通过机箱缝隙对外辐射；也会耦合至电源输入输出线、网线，再反窜出设备对外产生辐射干扰。

针对上述可能
的电磁泄漏，电源设备已采取的措施有：
电源线相关电磁兼容整改典型案例分析
Typical Case Analysis of Power Line Relevant EMC Rectification
同方电子科技有限公司 宋金华 曹宏伟 廖伟 吴林
摘要
电源线滤波是电磁兼容性设计中的一个重要内容。

电源线自机箱内部引出，很容易耦合设备内部的干扰信号，且电源输入线缆的天线效应会造成很强的辐射干扰。

结合电源线相关的电磁兼容整改案例分析、排查和处理过程，介绍了电源线设计中走线、接地、滤波等应着重注意的几个关键点。

关键词
共模；差模；滤波；接地；整改Abstract
Power line filtering is an important part of EMC design. The power lines are drawn from the cabinet, which can easily couple the interference signals inside the equipment, and the antenna effect of the power input lines will cause strong radiation bined with the analysis, investigation and processing of EMC rectification cases related to power lines, several key points in power line design, such as wiring, grounding and filtering, are introduced.
Keywords
common mode; differential mode; filtering; grounding; rectification
图1 
电源线滤波设计及内部干扰回路图2 
电源线滤波器电路
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（1） 机箱为金属铝电磁屏蔽全密封设计（没有通风孔窗、显示屏等较大的电磁泄漏孔洞）；
（2） 电源输出线缆为圆形连接器屏蔽线缆，网线为圆形连接器屏蔽网线；
（3） 电源模块输入端有简单的LC 滤波，靠近电源输入端口没有专用的滤波器，电源输入线缆为非屏蔽 线缆。

2.1.1 干扰源分析
为深入了解设备的干扰情况，对该电源设备进行CE102、RE102项目测试，同时在暗室搭建系统模拟工作平台，用频谱仪测试系统天线接收的信号干扰情况，测试结果见图4~图6。

该侦察系统的电源输入端无针对性的电磁兼容性滤波措施，导致设备内部的干扰信号通过电源线的传导发射，造成图4的CE102测试超标；电源线直接自机箱内部引出，电源设备内部的干扰信号通过电源输入长线缆的天线效应对外辐射发射，造成图5的RE102测试超标，并被侦察系统天线接收，如图6所示。

2.1.2 整改措施及效果
为降低电源设备的电磁干扰，根据以上分析，在其输入端增加一个图2模式的两级滤波器。

因空间有限，电源滤波器无法安装设备内部，利用设备后面板的空位及其原有安装孔位，定制一款带圆形航空连接器的高性能电源滤波器。

该滤波器有较高的差模、共模插入损耗，1 MHz 的差模、共模插入损耗分别约83 dB、90 dB。

滤波器插入损耗曲线见图7。

图3 
电源设备功能框图及辐射干扰模型
图4 电源设备CE102
测试结果
图5 电源设备
RE102（10 kHz~30 MHz）测试结果
图6 
侦察系统天线接收信号干扰测试结果
（a） 差模
（b）共模
图7 
滤波器插入损耗曲线
由图4可知，电源的开关频率及其谐波干扰尖峰幅度较高；图5中，电源开关频率信号及其它共模噪声辐射幅度较高。

图6的测试结果显示，模拟测试平台中的系统天线接收到该电源设备较强的干扰信号（测试时仅电源设备工作），干扰信号分布在80~400 MHz，正好落在侦察系统的工作频段中。

用近场探头局部探测机箱缝隙泄漏、网线及电源输入、输出的辐射，发现仅电源输入部位的干扰信号很强，这与图4的测试结果吻合。

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新增滤波器1安装在电源后面板，电源原输入接口为2，现电源输入接口为3。

滤波器直接安装在设备机壳上，以确保接地良好。

滤波器输出通过屏蔽线缆与设备接口2相连，如图8所示。

整改后电源设备的CE102、RE102复测合格，模拟测试平台中系统天线接收不到电源设备的干扰信号，复测曲线如图9~图11。

超短波侦察系统的实际使用效果有很大改善。

2.2 案例2 短波接收机RE102超标
短波接收机工作在2~30 MHz，用于接收短波通信
信号。

该设备在第三方实验室按GJB 151B-2013要求进行试验时，CE102合格，但RE102（陆军地面、30~ 200 MHz）超标，超标点在53 MHz、84 MHz、110 MHz、134 MHz、162 MHz、185 MHz 附近，如图12。

图8 
电源设备整改示意图
图9 电源设备CE102
复测曲线
图10 电源设备
RE102（10 kHz~30 MHz）复测曲线
图11 
侦察系统天线接收信号干扰复测曲线
图12 短波接收机RE102
测试曲线
图13 
电源输入地线原接地方式
图14 
整改后电源输入地线就近接地
电源输入地线较长（约250 mm），且与滤波器输出紧靠并行。

该段地线相当于一根感应天线，耦合内部干
扰信号后通过电源输入线缆对外辐射，导致短波接收机的RE102超标。

把接地线由图13中的位置6尽量短的接至图14中滤波器安装螺钉位置7，就近接地后电源输入部位的干扰信号消失，短波接收机的RE102复测合格，如图15。

验证了电源输入接地线处理不当导致RE102超标。

该设备为交流220 V 输入。

设备机箱为金属铝电磁屏蔽全密封设计；射频线缆、光缆均为圆形连接器；靠近电源输入端口安装有专用的滤波器，电源输入线缆为圆形连接器、非屏蔽线缆。

用近场探头局部探测设备的机箱缝隙、射频线缆及光缆均无泄漏，只是电源输入接口部位有少量泄漏。

打开短波接收机机箱发现：电源输入端有专用滤波器4，但电源输入地线5穿过滤波器底部并与滤波器输出线并行后再接至位置6接地，如图13所示。

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编辑:刘新霞
2.3 案例3 超短波接收机灵敏度不合格
超短波接收机工作在30~500 MHz，用于接收超短波通信信号。

批量生产时部分设备灵敏度指标不合格。

该设备已合格生产多个批次。

初步怀疑本批设备的接收前端或其它单元有问题，经与合格超短波接收机多次调换单元排查，发现故障现象跟随机箱转移，问题在机 箱上。

进一步排查发现安装在机箱上如图16所示的电源滤波器性能有差异，对换该滤波器后故障设备仍不合格，但设备的灵敏度指标有改善，而合格设备的灵敏度指标没变化，据此怀疑滤波器的安装接地有问题。

对比两台设备安装滤波器的部位，发现故障设备滤波器安装部位本应导电的金属面局部粘有油漆，使得滤波器有效接地面减小，导致滤波器外壳与设备机壳接地不良，滤波器的共模抑制能力下降，电源线上的共模噪声没有得到有效抑制，其泄漏的共模噪声影响到超短波接收机的输入前端，导致整机灵敏度指标不合格。

把超短波接收机滤波器安装部位上的油漆清理干净后，故障设备的灵敏度指标合格。

本批次超短波接收机返工后，灵敏度皆有不同幅度的提高，且都优于指标要求5 dB 左右。

3 结语
通过案例分析发现，电源线上的干扰信号较多，其共模噪声干扰危害更大；设备机箱外部电源线的天线效应会造成很强的辐射干扰。

为解决该问题，电源输入端必须设计/选用性能优良的滤波器，就近安装于电源输入口，确保滤波器良好接地，充分发挥其共模抑制性能；滤波器输入线尽量短且远离滤波器输出线或其它干扰源。

电磁兼容技术是一门综合性、实践性技术，既要
有丰富的理论基础，更需要在大量的实践中不断地总结积累经验；在产品方案设计阶段就考虑电磁兼容性设计，做好滤波、屏蔽设计，工程实施注意细节。

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编辑：刘新霞
图15 整改后短波接收机RE102
复测曲线
图16 IEC
标准插座式一体化滤波器
（上接第85页）。