基于电磁兼容风险评估方法的电磁兼容问题分析及对策.pdf
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1、中国新技术新产品2024 NO.2(上)-65-工 业 技 术电磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility,EMC)即在电磁环境中,设备和系统不受外界环境影响正常工作的能力1,要求在实际生产工况中,设备和系统能够在电磁环境中稳定工作,并具备一定的电磁抗干扰强度,不会因外部环境干扰而产生误动作,并且设备及系统自身产生的电磁干扰也不会对周边其他产品产生影响。在此背景下,电磁兼容风险评估能够对电磁环境的影响特性进行定量和定性描述,因此本文结合案例进行了分析与探讨。1 电磁兼容风险评估模型的执行标准电磁兼容风险评估是为电磁硬件提供基于物理模型分析的数值评估方法,具有实用性强
2、、标准化程度高的特点2,目前电磁兼容可靠性评估导则GB/Z371502019 及电磁兼容风险评估第 1 部分:电子电气设备GB/T38659.12020等多个标准中都对其有所介绍。该方法广泛应用于正向EMC产品设计及维修后的产品性能评估。方法核心是探究共模电流对产品 EMC 性能特性的影响,进而在实际值与理想模型性能值的不断比较中,能够及时发现产品在电磁兼容设计中存在的不足和薄弱环节,进而提升产品的改进效果。2 某型产品功能和电磁兼容要求某型电源组件功能框图如图 1 所示,其产品输入 DC 22V30V,后级为 7 路不同功率输出。产品装入整机后需要满足要求,并通过 DO-160G 规定的磁效
3、应试验、音频传导敏感性试验、感应信号敏感性试验、射频敏感性(辐射和传导)试验、射频能量发射试验、静放电试验等电磁兼容性试验,基于风险评估识别出干扰源主要为开关电源,集中在开关电路与输出整流电路的高dV/dI和dI/dt中。可通过划分风险单元中的整体改进方法,采用吸收电路、滤波、布线、屏蔽、接地,密封等技术减少干扰3。在硬件方面,主要通过反接保护、浪涌抑制、滤波输入、开关控制、隔离转换、滤波输出处理以及壳体设计搭接线,同时对其他输入、输出信号进行滤波,来满足整机的电磁兼容性。3 电磁兼容案例的问题现象及排查过程3.1 问题现象某型电源组件在客户端进行摸底测试时,根据 DO-160G规定依次完成了
4、磁效应试验、音频传导敏感性试验、感应信基于电磁兼容风险评估方法的电磁兼容问题分析及对策李宁王挺李蓓蕾(航宇救生装备有限公司,湖北 襄阳 441100)摘 要:基于 EMC 的“电磁兼容风险评估模型”进行电磁兼容性分析能够为优化设备性能提供准确的模型依据,具有重要的应用价值。对此,本文以工程案例为试验载体,通过“划分风险单元-确定风险要素程度-列出风险矩阵”等步骤,准确发现了案例中的不足。基于“电磁兼容风险评估模型”进行整改优化后的结果表明,输入差模电感和电容容量是影响电磁兼容性的关键硬件设备,同时接地线也会对电磁兼容性产生影响,接地线“越粗越短”,电磁兼容性越好。结果表明,基于电磁兼容风险评估
5、方法的电磁兼容分析能够为产品故障处理提供解决方案,使产品得到快速改进与优化。关键词:电磁兼容;EMC;风险评估;整改策略中图分类号:TN03文献标志码:A图 1 拓扑结构功能框图VINDC22V30V中国新技术新产品2024 NO.2(上)-66-工 业 技 术号敏感性试验、射频敏感性(辐射和传导)试验、静放电试验等电磁兼容性试验。但进行射频能量发射(传导试验)测试时,根据波形数值分析可知,射频能量发射(传导试验)存在超标情况。同时由于设备自身在运行中已经选用了电源滤波器,但是受制于设备硬件内部空间的限制,滤波器的输入线路过长,并且现有的局部空间已无法再次进行结构参数优化,因此只能采取物理防御
6、的方法进行电磁抗干扰操作4。后采用“屏蔽机箱”、接地等相关措施对该案例设备进行了电磁防御,但由于设备硬件没有安装在理想位置,导致电源滤波器的参数引线过长,因此电源传导发射的运行结果不理想。同时由于信号线没有进行滤波处理,也导致电场辐射发射的运行结果不理想,出现较严重的兼容问题。3.2 排查过程根据 EMC 的风险等级,参照影响程度的划分,可以分为 I、II、III、IV 共 4 个级别,每个级别的内容见表 1。表 1 EMC 风险等级评估表等级内容I级特定条件不满足时,导致测试失败II级不满足时,通过其他条件弥补III级不满足时,不会导致失败,但是影响较大根据表 1 中的内容,通过风险评估模型
7、中的各类风险要素来辅助分析并定位问题来源,制定解决方案和措施,具体的操作流程如下。第一,根据表 1 进行风险单元逐步分级排查,将电源组件单独使用 LISN 并进行传导摸底测试,结果如图 2 所示。通过图 2 中的波形变换可以看出超出的频点基本一致。第二,将输入端的共模电感由原 1.4mH 增至 2mH,中间段的电感由原先的 100H 增至 2mH 后,进行风险矩阵的判断分析。随着输入端电容的去除,端口数值由 1k 增至 4.7k,并单独用 LISN 重新测试,此时 2M 以下的尖峰明显下降,其中典型端口处为 37.5dB,有 6.5dB 余量。第三,将每路输出分别单独关闭进行测试,其中在关闭O
8、UTPUT1 和 OUTPUT5 时,输入端 300kHz 的尖峰明显下降,可见 300kHz 处的干扰主要由这 2 个模块造成。将 OUTPUT1和 OUTPUT5 电源模块前的差模电感由 0.4H 增至 10H、5.5H 后,单独用 LISN 重新测试,其中典型的 300kHz 处为35dB,有 9dB 余量,比之前有轻微改善。第四,由于厂内只能经 LISN 测试,DO-160G 标准中的射频能量发射(传导试验)要求用电源线测量探头测试。经过整改并进行摸底测试后还有较大余量,说明上述的排查和整改措施有效。3.3 电磁兼容案例的原因分析从图 2 的波形结果来看,其超出的包络均是 300kHz
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