解决工控机 EMC 测试中的传导骚扰问题

上海爱瑞科技发展有限公司

解决工控机（IPC）EMC测试中的传导骚扰问题

作者：胡夕祝、王琪、李勇
(上海爱瑞科技发展有限公司 )

一、 摘要

强制性国家标准 GB9254-98规定计算机及相连的辅助设备 EMC（电磁兼容）测

试必须通过 B级。而传导骚扰又是 EMC测试中比较难通过的一项，因此本文通过工

控机 EMC实际测试中所遇到的问题以及解决方法来探讨 EMC测试的传导骚扰。

二、 工控机传导骚扰源及产生机理
EMC分为电磁干扰、电磁抗扰度、电磁环境。而电磁干扰 (EMI)又分为传导骚扰
和辐射骚扰，本文阐述的是 IPC的传导骚扰。 IPC传导骚扰是指 IPC在正常运行时，
主板、 ATX电源等以电压或电流的形式通过电源线对整个电网进行骚扰。杂讯电流通
过电源线传输时有两种形态，即“共模杂讯”和“差模差杂”

公共电网


图 2.1 共模电流和差模电流关系图
传导骚扰方向
(测试端口)
(测试端口)
(测试端口)
电源
测
试
设
备
ICM指的是 LINE、NEUTRAL相对于 GROUND的杂讯电流分量。 IDM指的是直接流经
LINE和 NEUTRAL两线之间而不流经 GROUND的杂讯分量
向量关系如下：

IL=ICM + IDM
IN=ICM - IDM


共模杂讯主要是由电路上的半导体器件的寄生电容和杂散电容造成的；而差模杂讯则是
由器件上的寄生电阻及电感造成的。

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三、 案例分析——工控机如何顺利通过 EMC测试中的传导骚扰

当杂讯频率在低频段(频率范围 0.15～30MHz)表现在电源线上时，称之为传导骚扰。要

抑制传导骚扰，必须使用适当的 EMI滤波器，才能将其在电源线上的 EMI杂讯频率抑制在

相关标准规定的限值内。以下将通过工控机EMC测试中的实际案例阐述EMI滤波器的选用。

按照我公司企业标准对公司产品 AE/XE多功能工控机产品进行 EMC测试。工控机配

置按照企业标准规定如

CPU特性：频率 P42.4GHz(可选)，处理器数量：1个

a）总线速度：可选，不小于 400MHZ；
b）硬盘：可选，IDE接口或 SATA接口，容量≥20G；
c）内存：大于 512M；
d）电子盘：可选，容量不小于 32M；
e） CDROM ：可选；
f）底板：有源 Motherboard板、无源 SBC板
g） CPU上面采用组合散热装置
h）浮地：可选；
i）键盘：标准 104键或防水键盘（可选）
电源使用标准 8路输出的 ATX高性能电源
上海市计量测试技术研究院第一次测试结果如下：

0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Level [dB礦]
150k 300k 500k 1M 2M 3M 4M5M 7M 10M
Frequency [Hz]
+
+
+
+
x
x
x
x
+
++
x x
30M
x xMES C71019Y7001L_fin QP+ +MES C71019Y7001L_fin AV
MES C71019Y7001L_pre PKMES C71019Y7001L_pre AVLIM GB

9254 CLASS B QP Voltage QP LimitLIM GB 9254 CLASS B AV Voltage AV LimitTest Specification: L 220V/50Hz

图 3.1 L-GND传导骚扰 GB9254 Class B频谱图（整改前）

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Level [dB礦]

-10
0
20
40
60
80
90
150k 300k 500k 1M 2M 3M 4M 6M 10M 30M
Frequency [Hz]
+
+
+ +
++
x
x
x x
xx
x xMES C71019Y7001N_fin QP+ +MES C71019Y7001N_fin AV
MES C71019Y7001N_pre PKMES C71019Y7001N_pre AVLIM GB 9254 CLASS B QP Voltage QP LimitLIM GB 9254 CLASS B AV Voltage AV LimitTest Specification: N 220V/50Hz
图
3.2 N-GND传导骚扰
GB9254 Class B频谱图（整改前）
从频谱上看超标非常严重，需要整改。
EMC测试三点非常重要。1、滤波 2、接地
3、屏蔽
对于传导骚扰我们重点检查滤波部分，首当其冲的就是
ATX电源的滤波性能。经拆卸
ATX
电源发现其
EMI滤波器结构及器件参数如下：


图
3.3 115/250V 10A EMI 滤波器结构图
图中：L是共模电感；Cx是差模电容；Cy是共模电容；R是钳位电阻。
从第一次测试的频谱图上可能清晰的看到滤波器对低频杂讯的抑制效果不理想。EMI
滤波电路图的等效电路是二阶的
LC滤波器，其衰减度是以
40db/dec的斜率增加的，其


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转折频率公式如下：


其中


Lcm=L
Ccm=2Cy
因此计算此
EMI滤波器的转折频率为：
F=169.66KHz
再对照图
3.1和
3.2可以分析出
EMI滤波器的转折频率过大是导致
EMI滤波器对低频杂讯
抑制不理想的重要原因。

整改方案：更换
EMI滤波器
更换后的
EMI滤波器结构及参数如下：


图
3.4 115/250V 6 A EMI 滤波器结构图

由转折频率的计算公式算出此
EMI滤波器的转折频率为： F=74 .046KHz
要点：虽然滤波元件的电感、电容值越大，其对杂讯的衰减能力也越强，特别是对低频杂讯
抑制效果更好。但是以增加成本和体积为代价的，而且共模电容是跨接于
LINE、NEUTRAL
和
GROUND之间的。因此考虑到安规对地漏电流的限制，共模电容容值不能选用过大。
根据对地漏电流计算公式：Iy=2πf CyVc

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式中：Iy对地漏电流；f电网频率；Vc是电容
Cy上的压降
可以算出图
3.4EMI滤波器的对地漏电流为：
0.114mA<3.5mA
经过整改后，第二次送检的传导骚扰测试结果如下图：


图
3.5 L-GND传导骚扰
GB9254 Class B频谱图（整改后）


图
3.6 N-GND传导骚扰
GB9254 Class B频谱图（整改后）

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四、 总结

工控机系统是一个复杂的高频电子系统，外来的电磁辐射，内部各元器件、总线通
道间相互干扰严重威胁工控机的性能、稳定性、可靠性；工控机主要由脉冲电

路组成，
是以数字脉冲信号来处理、传送信息的，数字脉冲信号容易产生电磁辐射骚扰、传导骚
扰对自然环境中的人体、设备、公共电网造成损害。因此，利用技术手段来解决 EMC

问题显得尤为重要。
五、 参考文献
1、EMC设计与测试案例分析北京电子工业出版社 2006.12
2、电磁兼容原理、技术和应用北京清华大学出版社 2007.7
3、电磁兼容原理与设计技术北京人民邮电出版社 2004.8
4、新电子科技杂志第 187期 2001.10

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