某產(chǎn)品開關(guān)電路增加RC吸收解決輻射超標(biāo)案例
01 問題描述
某電力產(chǎn)品在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行輻射騷擾測試時，結(jié)果不滿足CLASSB標(biāo)準(zhǔn)要求，如圖1所示。
圖1 30MHz～1GHz輻射原始頻譜
從圖1可以看出，產(chǎn)品輻射騷擾在40MHz-200MHz之間超標(biāo)，最大超標(biāo)約5dB，實(shí)驗(yàn)不通過。
02 故障診斷
如圖1，產(chǎn)品輻射騷擾在40MHz-200MHz超標(biāo)，根據(jù)頻率與波長的關(guān)系，應(yīng)該為線纜的輻射問題，另超標(biāo)頻譜為寬帶包絡(luò)，因此懷疑AC220V電源線輻射。考慮到在超標(biāo)頻段鎳鋅鐵氧體磁環(huán)有很好的抑制效果，因此，在AC220V電源線上增加磁環(huán)進(jìn)行診斷。
當(dāng)電源線增加鎳鋅鐵氧體磁環(huán)后，重新測試產(chǎn)品的輻射發(fā)射，結(jié)果沒有改善，此時產(chǎn)品還連接有通信線纜，那么，斷開產(chǎn)品通信連接線進(jìn)行驗(yàn)證，測試結(jié)果如圖2所示。
圖2 拔掉產(chǎn)品通信連接線的輻射
從圖2可以看出，斷開產(chǎn)品通信連接線，可以滿足CLASS B要求，確認(rèn)產(chǎn)品內(nèi)部干擾通過通信線向外輻射，導(dǎo)致整機(jī)輻射超標(biāo)。
打開機(jī)殼，查看產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其有兩塊單板，電源板和主板，兩塊單板采用層疊結(jié)構(gòu)布置，上面為開關(guān)電源板，下面為主板，如圖3所示。
圖3 電源板和主板層疊布置
從圖3可以看出，兩塊單板層疊布置，且開關(guān)電源電路正好在通信接口正上方，開關(guān)電源工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，工作時會產(chǎn)生很強(qiáng)的干擾，如果其和通信電路就近布置，則干擾可能耦合到通信電路并通過通信線纜輻射出去。
03 原因分析
產(chǎn)品為反激開關(guān)電源，其原理圖如圖4所示。
圖4 開關(guān)電源原理圖
反激開關(guān)電源的開關(guān)管、高頻變壓器、整流二極管是強(qiáng)干擾源，整流二極管管寄生電容會與變壓器次級漏感產(chǎn)生振蕩，這種振蕩在整流管dv/dt和二極管反向恢復(fù)電流影響下，引起整流管反向電壓尖峰，由于尖峰瞬變頻率很高，因此會產(chǎn)生高頻干擾。測試整流二極管兩端波形，如圖5所示。
圖5 輸出整流二極管波形
從圖5可以看出，整流二極管存在較大的振蕩，振蕩頻率達(dá)到1MHz且振蕩衰減時間較長，因此確定二極管振蕩是輻射超標(biāo)的原因。
04 整改措施
在整流二極管兩端設(shè)計(jì)RC吸收電路，減小二極管產(chǎn)生的尖峰振蕩，如圖6所示。
圖6 輸出整流二極管增加RC吸收
由于吸收電路中電容器的端電壓不能突變，尖峰電壓脈沖能量轉(zhuǎn)移到電容器中儲存，然后電容器的儲能通過電阻消耗或返回電源，起到緩沖吸收電壓尖峰的作用，以及減少尖峰振蕩。二極管兩端加RC吸收后波形如圖7所示。
圖7 整流二極管增加RC吸收后波形
從圖7可以看出，二極管兩端增加RC吸收后，振蕩頻率及衰減時間明顯減小，表明RC吸收電路有抑制效果。
05 實(shí)踐效果
整改后在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室測試，結(jié)果如圖8所示，可以看出40MHz-200MHz超標(biāo)頻段大幅改善，滿足CLASSB要求，試驗(yàn)通過。
圖8 產(chǎn)品整改后輻射發(fā)射
點(diǎn)評
根據(jù)電磁干擾三要素，EMC問題解決的手段多種多樣，可謂仁者見仁，智者見智。在所有電磁干擾源里面，開關(guān)電源無疑具有重要的地位，特別是反激開關(guān)電源的整流二極管，其反向恢復(fù)特性引發(fā)的高頻振蕩，往往導(dǎo)致開關(guān)電源高頻輻射超標(biāo)。本案例針對二極管寄生振蕩導(dǎo)致的通信線纜輻射，傳統(tǒng)手段可能I/O接口加濾波、線纜加磁環(huán)等等解決，大費(fèi)周折，本文摒棄傳統(tǒng)思維禁錮，直接從電路源頭進(jìn)行整改，通過設(shè)計(jì)RC吸收電路抑制干擾源能量成功化解。本文的方法和思路啟示我們，只有站在高處，才能看到勝景也！
