某系統(tǒng)輔助伺服驅(qū)動引發(fā)的輻射發(fā)射超標案例
1. 問題描述
某產(chǎn)品在實驗室進行GJB151B陸軍地面設備的輻射發(fā)射測試時，在10KHz- 200MHz頻段超標，最大超標達到96dB，實驗不通過。企業(yè)工程師驗證了各種整改方案效果不佳。
圖1 10KHz～200MHz輻射發(fā)射原始頻譜
2. 故障診斷
查看整個測試系統(tǒng)，其由伺服驅(qū)動器、位置反饋裝置、伺服電機、被測設備XX等組成，主要功能是按控制命令的要求，驅(qū)動裝置輸出力矩、速度和位置信息，控制XX設備快速、高精度、自動瞄準目標等功能。
經(jīng)過與產(chǎn)品工程師溝通和分析，本次被測設備為XX（EUT），其余互聯(lián)的設備均為實現(xiàn)被測設備功能的輔助設備，因此，將輔助設備排除在本次測試考核范圍之外，那么明確需要測試的EUT，將系統(tǒng)分為被測設備和輔助設備兩部分，兩者之間通過長約5米的屏蔽線纜連接，如圖2所示。
圖2 測試系統(tǒng)組成框圖
從圖2可以看出，將測試系統(tǒng)分為輔助設備和被測設備之后，此時伺服驅(qū)動器為輔助測試設備。伺服驅(qū)動器由于存在高頻的開關(guān)電路,它的脈沖電流和電壓具有很豐富的諧波，由于寄生參數(shù)效應，會通過線纜產(chǎn)生很強的電磁干擾，因此，可以確定測試系統(tǒng)電磁干擾源主要為伺服驅(qū)動器，和被測設備無關(guān)，整改時應重點關(guān)注伺服驅(qū)動器。
3. 原因分析
伺服驅(qū)動器是整個測試系統(tǒng)的電磁干擾源，線纜也是重要的電磁干擾耦合途徑，因此整改時需要從伺服驅(qū)動器源頭進行抑制，降低干擾源。
查看伺服驅(qū)動器殼體，機箱使用的是金屬屏蔽機箱，但機箱縫隙、連機器I/O插座、通風孔等等設計時未考慮EMC，開口有效尺寸很大，容易產(chǎn)生電磁泄漏，不能起到良好的屏蔽作用。
另外，伺服驅(qū)動器有輸入AC380V、輸出VUW、旋變信號等等多根互聯(lián)線纜與被測設備連接，如圖3所示。此時互聯(lián)的線纜容易耦合伺服驅(qū)動器的電磁干擾而成為高效輻射的天線。
綜上所述，伺服驅(qū)動器殼體和線纜都是電磁輻射的途徑。
圖3 伺服驅(qū)動器接口原理圖
從圖3可以看出，伺服驅(qū)動器信號線無電磁干擾濾波，查看其規(guī)格書，輸入和輸出電源濾波器為選配零件，而本系統(tǒng)未加配置，因此，伺服驅(qū)動器所有互聯(lián)線纜均未濾波，必然存在很大的風險。
4. 整改措施
本系統(tǒng)被測設備測試時需要連接輔助設備，那么，正式測試前需要優(yōu)先處理好輔助設備，避免輔助設備的電磁干擾影響測試結(jié)果，歸納總結(jié)下針對本系統(tǒng)輔助設備EMI整改方案如下：
伺服驅(qū)動器（輔助設備）放置在暗室外部；
伺服驅(qū)動器AC380V輸入和UWV輸出加電源濾波器；
30MHz以下線纜加非晶和錳鋅磁環(huán)；
30MHz以上線纜加鎳鋅鐵氧體磁環(huán)；
互聯(lián)屏蔽線纜360度端接。
以上整改措施分別如圖4、5、6所示。
圖4 輔助設備放置在暗室外部
如圖4，除過被測設備XX外，將圖2所示的所有輔助設備包括伺服驅(qū)動器都放置在暗室的外部，排除以上設備自身殼體對外的電磁輻射，從而影響被測設備輻射測試的結(jié)果。
圖5 輔助設備伺服驅(qū)動器電源和信號線纜濾波（暗室外）
如圖5，將輔助設備放置在暗室外部，但輔助設備和暗室內(nèi)部被測設備之間還有互聯(lián)線纜，所以，還需要抑制輔助設備的干擾避免沿著線纜進入暗室內(nèi)部。在AC380V輸入和驅(qū)動UWV輸出增加伺服濾波器，另外，互聯(lián)信號線纜分別增加錳鋅和鎳鋅磁環(huán)，抑制沿著線纜傳導的干擾。
圖6 互聯(lián)信號屏蔽線纜360度端接
如圖6，輔助設備和被測設備的互聯(lián)線纜是屏蔽線纜，將屏蔽層和金屬連接器360°導電搭接，以提高屏蔽線纜屏蔽效果。
5. 實踐效果
按照以上方案整改后進行輻射發(fā)射測試，此時在所關(guān)心的頻段電磁干擾改善非常明顯，裕量很大，如圖7所示。
圖7 整改后輻射發(fā)射測試頻譜
點評
EMC測試時，輔助設備是為了監(jiān)控被測設備工作狀態(tài)或者為了實現(xiàn)被測設備功能而增加的陪測設備，理應不在EMC測試考核范圍之內(nèi)，但往往很多EMC測試的失敗輔助設備卻難逃干系，之所以如此，主要是工程師測試時常常將輔助設備和被測設備混為一談，明明要考核甲，卻因為乙瞎折騰。本文通過實戰(zhàn)案例，深刻揭示了輔助設備對EMC測試結(jié)果的重大影響。本文的思路和方法啟示我們，在正式進行EMC測試前，優(yōu)先處理好輔助設備，則可以起到事半功倍的效果！
