搜索【原創(chuàng)】汽車電子設(shè)備輻射EMC案例分享
2017-04-03 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
前言:現(xiàn)代電子產(chǎn)品的發(fā)展越來越快,產(chǎn)品所面對的使用環(huán)境也越來越復(fù)雜,當(dāng)前各汽車廠家都在圍繞電子化、自動化、智能化發(fā)展等,電子控制系統(tǒng)在汽車上有越來越多的使用,汽車系統(tǒng)內(nèi)電子產(chǎn)品的電磁兼容問題越來越凸顯其重要性,為了規(guī)范電子產(chǎn)品的電磁兼容性,大部分的國家都制定了電磁兼容標(biāo)準(zhǔn),特別是軍用產(chǎn)品尤其嚴(yán)格。電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)是使產(chǎn)品在實際電磁環(huán)境中能夠正常工作的基本要求。所以為了滿足各種電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求,在產(chǎn)品研發(fā)的過程中,就必須在每一個環(huán)節(jié)都要做好電磁控制和檢測,那么頻譜分析儀就成為了實驗室中必不可少的一種設(shè)備。汽車安全是當(dāng)今社會所面臨的關(guān)鍵問題之一。
接下來,本文就以一款產(chǎn)品中出現(xiàn)的問題,通過頻譜分析儀測試之后查找到問題的根源,并在去EMC認(rèn)證實驗室做認(rèn)證之前解決問題,使產(chǎn)品能順利通過認(rèn)證。
1. 故障描述
該系統(tǒng)為軍用汽車通信端產(chǎn)品,要求通過GJB151A陸軍地面設(shè)備電磁兼容試驗要求。產(chǎn)品在EMC實驗室測試時,CE102、CS101、CS114、RS103均順利通過試驗,但RE102測試結(jié)果如圖1所示:
圖1 30MHz~200MHz原始輻射發(fā)射
從圖1可以看出,輻射發(fā)射只能滿足固定產(chǎn)品要求,不能滿足陸軍地面電磁輻射要求,其中在50MHz-120MHz之間,輻射發(fā)射最大超標(biāo)20dB,需要進(jìn)行EMC整改。
2. 原因分析
查看產(chǎn)品,整個系統(tǒng)為金屬屏蔽機(jī)箱,另系統(tǒng)有1根屏蔽航插電源線,通常情況下,金屬機(jī)箱和屏蔽線纜都有很好的屏蔽效能,如果設(shè)計得當(dāng),都能順利通過RE102輻射發(fā)射試驗,因此,懷疑金屬機(jī)箱和屏蔽線纜存在電磁泄露導(dǎo)致測試失敗。
所以利用實驗室的頻譜儀診斷系統(tǒng)并查找輻射源,測試系統(tǒng)示意圖如圖2所示:
圖2 電磁干擾診斷系統(tǒng)示意圖
整個系統(tǒng)測試包含有屏蔽機(jī)箱和線纜系成如下:
(1)是德(安捷倫)科技頻譜分析儀型號: MXA N9020A ;帶寬范圍 20Hz~13.6GHz;
圖3 頻譜分析儀
(2)Langer放大器:放大電磁干擾信號;
(3)Langer近場磁場探頭:測量接受電磁干擾信號,探頭類型較多,如下圖4所示,一般在選擇探頭時根據(jù)測量的要求進(jìn)行選擇,需要在大范圍內(nèi)尋找時,使用較大的環(huán)形探頭或者是比較大的扁型的探頭;需要精確測量時,選擇針式的探頭,這種探頭可以對每一個器件或者引腳進(jìn)行測量。
圖4 測試探頭
將頻譜分析儀頻段設(shè)置為10MHz-1000MHz,使用近場探頭分別測試機(jī)箱的縫隙、通風(fēng)口、屏蔽線纜連接器及線纜,發(fā)現(xiàn)30MHz-200MHz均有很大的電磁干擾,如下圖5所示,因此可以判定電磁干擾超標(biāo)與機(jī)箱及線纜都有關(guān)。
圖5 較高的輻射
拆解機(jī)箱,如圖6所示意,發(fā)現(xiàn)本機(jī)箱為扳金件,機(jī)箱各個縫隙處無任何屏蔽處理措施,且機(jī)箱接縫處有漆,導(dǎo)致機(jī)箱縫隙導(dǎo)電不連續(xù),屏蔽效能下降,從而產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾。
查看電源線屏蔽層的端接,發(fā)現(xiàn)屏蔽層是通過一根細(xì)導(dǎo)線與金屬連接器的外殼連接,即豬尾巴,如圖7所示:
圖6 非屏蔽機(jī)箱圖
圖7 豬尾巴屏蔽電纜
屏蔽電纜減小電纜輻射的原因主要有兩個:一是屏蔽層可以屏蔽電纜中差模信號回路的差模輻射;另一個是屏蔽層可以為共模電流提供一個返回路徑,從而減小了共模電流的回路面積,從這個意義上說,返回路徑的阻抗越小越好,這樣可以將大部分共模電流旁路回共模噪聲源,具體原理如圖8所示:
圖8 屏蔽電纜降低輻射干擾原理
共模電流返回路徑的阻抗由屏蔽層自身阻抗和屏蔽層與金屬機(jī)箱之間的搭接阻抗兩部分組成。“豬尾巴”的端接方式相當(dāng)于在屏蔽層上串聯(lián)了一個數(shù)十nH的電感,其一會增大屏蔽層共模電流返回路徑的阻抗,導(dǎo)致部分共模電流從大地返回,增大了共模電流的環(huán)路面積;其二共模電流會在屏蔽層產(chǎn)生共模電壓,該電壓會在屏蔽層與大地形成的環(huán)路(分布電容或地線形成)中產(chǎn)生新的共模電流,導(dǎo)致更大的共模輻射,具體原理如圖9所示:
圖9 “豬尾巴”端接方式電磁干擾原理
3. 改進(jìn)措施
考慮到本機(jī)箱屏蔽設(shè)計非常之差,且電磁干擾超標(biāo)幅度較大,如果在原有機(jī)箱改動,既達(dá)不到屏蔽效能的要求也不利于產(chǎn)品量產(chǎn),因此,重新設(shè)計屏蔽機(jī)箱,除了保證機(jī)箱縫隙良好搭接之外,對通風(fēng)口也增加了通風(fēng)波導(dǎo),最終設(shè)計的屏蔽機(jī)箱如圖10所示。
對于屏蔽線纜,要滿足屏蔽要求,需要將線纜屏蔽層360度端接,以形成良好的導(dǎo)電搭接,在航插夾扣處,去除線纜絕緣套,露出屏蔽層,然后直接將屏蔽層用連接器末端的夾子卡住,將螺絲擰緊固定,形成360度端接,如圖11所示。
圖10 重新設(shè)計的屏蔽機(jī)箱
圖11 互連電纜屏蔽層端接
經(jīng)過以上整改,重新利用頻譜分析儀和近場探頭查看機(jī)箱和互連電纜的輻射發(fā)射,此時比之前的輻射大幅降低,如下圖12所示,整改達(dá)到預(yù)期效果。
圖12 較低的輻射
4. 實驗驗證
檢查并安裝好設(shè)備,將產(chǎn)品攜帶到認(rèn)證實驗室進(jìn)行系統(tǒng)的輻射發(fā)射測試,測試結(jié)果如圖13所示:
圖13 30MHz~200MHz整改后輻射發(fā)射
從圖13可以看出,整改之后輻射發(fā)射裕量達(dá)到10dB,測試順利通過。
5 總結(jié)
經(jīng)過整個之后,此款產(chǎn)品順利的經(jīng)過了認(rèn)證測試。說明在產(chǎn)品研發(fā)的時候,盡量現(xiàn)在實驗室中對產(chǎn)品進(jìn)行摸底測試,使用頻譜分析儀和近場探頭能很好的檢查出產(chǎn)品存在的問題,這樣不僅很方便的查找問題,還可以節(jié)約去認(rèn)證實驗室測試的費用,所以頻譜分析儀已經(jīng)成為越來越多的實驗室必不可少的設(shè)備。
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