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    電磁兼容試驗(yàn)中的故障診斷及處理

    日期:2025-07-02 09:19
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    摘要:
    電磁兼容試驗(yàn)中的故障診斷及處理
        本講中涉及到的內(nèi)容包括:設(shè)備自身工作時(shí)的輻射騷擾發(fā)射及傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo);設(shè)備的抗擾度性能不合格(如靜電放電、射頻輻射電磁場(chǎng)、電快速瞬變脈沖群、雷擊浪涌、以及由射頻場(chǎng)感應(yīng)所引起的射頻電流注入)等等。
    1. 輻射發(fā)射超標(biāo)
        一種是設(shè)備外殼的屏蔽性能不完善;另一種是射頻騷擾經(jīng)由電源線和其他線纜的逸出。判斷方法是,拔掉不必要的電線和電源插頭,繼續(xù)做試驗(yàn),如果沒(méi)有任何改善跡象,則應(yīng)當(dāng)懷疑是設(shè)備外殼屏蔽性能不完善;如果有所改善,則有可能是線纜的問(wèn)題。
    1.1 金屬機(jī)箱屏蔽性能不完善
    ⑴ 機(jī)箱的縫隙過(guò)大,或機(jī)箱配合上存在問(wèn)題處理意見(jiàn):
    ① **結(jié)合面上的油漆、氧化層及表面沾污;
    ② 增加結(jié)合面上的緊固件數(shù)目及接觸表面的平整度;
    ③ 采取長(zhǎng)久性的接縫(要連續(xù)焊接);
    ④ 采用導(dǎo)電襯墊來(lái)改善接觸表面的接觸性能。
    ⑵ 其他功能性開(kāi)孔過(guò)大
    處理:
    ① 通風(fēng)口采用防塵板,必要時(shí)采用波導(dǎo)通風(fēng)板,但后者成本昂貴;
    ② 顯示窗口采用帶有屏蔽作用的透明材料;或采用隔艙,并對(duì)信號(hào)線采取濾波;
    ③ 對(duì)鍵盤(pán)等采用隔艙,并對(duì)信號(hào)線采取濾波。
    ⑶ 機(jī)箱內(nèi)部布線不當(dāng),電磁騷擾透過(guò)縫隙逸出
    處理意見(jiàn):將印刷板及設(shè)備內(nèi)部布線等可能產(chǎn)生輻射騷擾的布局遠(yuǎn)離縫隙或功能性開(kāi)孔的部位,或采取增加屏蔽的補(bǔ)救措施或重新布局。
    1.2 非金屬機(jī)箱
    ①    對(duì)機(jī)箱進(jìn)行導(dǎo)電性噴涂,特別要注意在結(jié)合部分的縫隙也要進(jìn)行噴涂,保證機(jī)箱有導(dǎo)電性的連接;
    ②    對(duì)產(chǎn)生輻射騷擾和可能產(chǎn)生輻射騷擾的部分采取局部屏蔽,并將所有進(jìn)入或離開(kāi)屏蔽體的導(dǎo)線要進(jìn)行濾波或套上吸收磁環(huán);
    ③    對(duì)內(nèi)部布線和印刷線路板的布局重新考慮,盡可能使信號(hào)及其回線的環(huán)路為*小。
    1.3 線纜問(wèn)題(包括懷疑是設(shè)備上余下線纜的問(wèn)題在內(nèi))
    ⑴ 對(duì)電源線的處理
    ①    加裝電源線濾波器(如果己經(jīng)有濾波器,則換用高性能的濾波器),要特別注意安裝位置(盡可能放在機(jī)箱中電源線入口端)和安裝情況,要保證濾波器外殼與機(jī)箱搭接良好、接地良好;
    ②    如果不合格的頻率比較高,可考慮在電源線入口的部分套裝鐵氧體磁環(huán)。
    ⑵ 對(duì)信號(hào)線的處理
    ①    在信號(hào)線上套鐵氧體磁環(huán)(或鐵氧體磁夾);
    ②    對(duì)信號(hào)線濾波(共模濾波);必要時(shí)將連接器改用濾波陣列板或?yàn)V波連接器;
    ③    換用屏蔽電纜。屏蔽電纜的屏蔽層與機(jī)箱盡量采用360°搭接方式,必要時(shí)在屏蔽線上再套鐵氧體磁環(huán)。
    2. 傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)
        主要是線纜方面的問(wèn)題
    ⑴ 對(duì)電源線的處理
    ① 檢查電源線附近有無(wú)信號(hào)電纜存在,有無(wú)可能是因?yàn)樾盘?hào)電纜與電源線之間的耦合使電源線的傳導(dǎo)騷擾發(fā)射超標(biāo)(這種情況多見(jiàn)于超標(biāo)頻率的頻段較高的情況下)。如有,或拉大兩者間的距離,或采用屏蔽措施;
    ② 加裝電源線濾波器(如果己經(jīng)有濾波器,則換用高性能的濾波器),要特別注意安裝位置(盡可能放在機(jī)箱中電源線入口端)和安裝情況,要保證濾波器外殼與機(jī)箱搭接良好、接地良好;
    ③ 雖經(jīng)采取措施,設(shè)備傳導(dǎo)騷擾發(fā)射仍未達(dá)標(biāo)(特別是在低頻段沒(méi)有達(dá)標(biāo))。此時(shí)可考慮在設(shè)備內(nèi)部線路連接接地端子的地方串入一個(gè)電感。由于這部分連接屬單點(diǎn)接地,平時(shí)無(wú)電流流過(guò),因此這個(gè)電感可以做得很大,而無(wú)須擔(dān)心有鐵芯的飽和問(wèn)題。采取這一措施的理由是,設(shè)備傳導(dǎo)騷擾發(fā)射測(cè)試,實(shí)際上是共模電壓測(cè)試(電源線對(duì)大地的騷擾電壓測(cè)試),電源線上有工作電流流過(guò),故濾波器的濾波電感值受制于工作電流,不能做得很大,濾波器的插入損耗也就有限,特別是低頻端的損耗更加有限。新方案里的附加電感正好可以彌補(bǔ)這—缺憾,從而取得更好的傳導(dǎo)騷擾的抑制能力。

    ⑵ 對(duì)信號(hào)線的處理
    ① 注意信號(hào)線周?chē)袩o(wú)其他輻射能量(附近的布線及印刷板的布局)被引到信號(hào)線上。如有,或拉大兩者的距離,或采用屏蔽措施,或考慮改變?cè)O(shè)備內(nèi)部布局和印刷板的布局;
    ② 在信號(hào)線上套鐵氧體磁環(huán)(或鐵氧體磁夾);
    ③ 對(duì)信號(hào)線進(jìn)行共模濾波,必要時(shí)采用濾波連接器(或?yàn)V波陣列板)。注意濾波器的參數(shù),傳導(dǎo)騷擾發(fā)射超標(biāo)的頻率比輻射騷擾發(fā)射超標(biāo)的頻率得低些,因此取用的元件參數(shù)應(yīng)當(dāng)偏大一些。
    3. 抗射頻輻射電磁場(chǎng)干擾不合格
    按標(biāo)準(zhǔn)要求,抗射頻輻射電磁場(chǎng)干擾試驗(yàn)主要是針對(duì)設(shè)備表面來(lái)進(jìn)行的。事實(shí)上,設(shè)備的電源線和I/O線也同時(shí)曝露在射頻輻射電磁場(chǎng)的下面,故電源線和I/O線也有可能充當(dāng)被動(dòng)天線,而將干擾引入設(shè)備內(nèi)部,導(dǎo)致設(shè)備誤動(dòng)作。
    對(duì)于設(shè)備抗輻射電磁場(chǎng)干擾不合格的處理意見(jiàn)與設(shè)備的輻射騷擾發(fā)射超標(biāo)的處理意見(jiàn)是相似的,只是電磁場(chǎng)的走向不一樣,前者是外界干擾影響內(nèi)部線路工作;后者是內(nèi)部騷擾逸出設(shè)備,造成輻射騷擾發(fā)射的超標(biāo)。
    4. 抗脈沖群干擾不合格
    從脈沖群試驗(yàn)的本意來(lái)說(shuō),主要是進(jìn)行共模干擾試驗(yàn),只是干擾脈沖的波形前沿非常陡峭,持續(xù)時(shí)間非常短暫,因此含有極其豐富的高頻成分,這就導(dǎo)致在干擾波形的傳輸過(guò)程中,會(huì)有一部分干擾從傳輸?shù)木€纜中逸出,這樣設(shè)備*終受到的是傳導(dǎo)和輻射的復(fù)合干擾。
    針對(duì)脈沖群干擾,主要采用濾波(電源線和信號(hào)線的濾波)及吸收(用鐵氧體磁芯來(lái)吸收)。采用鐵氧體磁芯吸收的方案非常便宜也非常有效,但要注意做試驗(yàn)時(shí)鐵氧體磁芯的擺放位置,就是今后要使用鐵氧體磁芯的位置,千萬(wàn)不要隨意更改,因?yàn)槲覀円辉購(gòu)?qiáng)調(diào)脈沖群干擾不僅僅是一個(gè)傳導(dǎo)干擾,更麻煩的是它還含有輻射的成分,不同的安裝位置,輻射干擾的逸出情況各不相同,難以捉摸。一般將鐵氧體磁芯用在干擾的源頭和設(shè)備的入口處為*有效。
    5. 抗靜電干擾不合格

    靜電放電的抗擾度試驗(yàn)有直接放電和間接放電兩種,直接放電是放電槍直接透過(guò)設(shè)備的表面對(duì)設(shè)備進(jìn)行放電;間接放電則是放電槍對(duì)設(shè)備旁邊的物體放電(在試驗(yàn)中用放電槍對(duì)設(shè)備旁邊的水平和垂直耦合板的放電來(lái)模擬)。
    5.1 直接放電
    因?qū)ο蟛煌赡苡薪饘俸头墙饘賰煞N外殼。
    ⑴ 非金屬機(jī)箱
    非金屬機(jī)箱的*大好處是外殼由絕緣材料制成,一般情況下是放不出電的,但如果設(shè)備內(nèi)部布局過(guò)于靠近外殼的縫隙,或者表面材料絕緣強(qiáng)度不夠,都有可能使該設(shè)備的抗靜電干擾試驗(yàn)不合格。
    可采取“躲”的措施。例如可在縫隙部分用絕緣板來(lái)加強(qiáng)隔離;或用楔口來(lái)增加放電路徑。對(duì)有導(dǎo)電插口的部分,把插口做得深一點(diǎn)、縫細(xì)一點(diǎn)。總之,要通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的辦法,不讓靜電放電試驗(yàn)在該設(shè)備上放出電來(lái)。
    ⑵ 金屬機(jī)箱
    對(duì)金屬機(jī)箱,靜電放電試驗(yàn)肯定能在機(jī)箱表面放出電來(lái),問(wèn)題是怎樣才能使放電對(duì)設(shè)備正常工作的影響變得*小。
    十分明顯,一臺(tái)外殼導(dǎo)電性連接良好的設(shè)備,加上設(shè)備外殼有低阻抗的接地措施,靜電放電電流將能在設(shè)備外殼上迅速得到排遣,這在一般情況下是不會(huì)對(duì)設(shè)備造成干擾的。
    反之,在放電的*初幾微秒里,由于放電電流波形中擁有豐富的高頻諧波,如果機(jī)箱的導(dǎo)電連接欠佳,加上接地的低阻抗考慮不夠時(shí),還是可以在機(jī)箱表面建立一個(gè)高頻電磁場(chǎng),構(gòu)成對(duì)設(shè)備內(nèi)部線路的一定干擾。
    ⑶ 線纜及其他部分
    按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,設(shè)備正常工作期間,凡操作人員可以觸摸到的部位都屬于應(yīng)該進(jìn)行靜電放電試驗(yàn)的部位。這樣看來(lái),除了設(shè)備外殼,對(duì)設(shè)備表面的顯示部分以及電源線和I/O線等部位也屬于應(yīng)該放電試驗(yàn)的部位。
    對(duì)顯示屏,應(yīng)考慮采用透明屏蔽材料進(jìn)行保護(hù),關(guān)鍵是讓屏蔽材料與設(shè)備外殼間保證有致密的電接觸。
    對(duì)電源線、I/O線,采用屏蔽、濾波(共模濾波)及套用鐵氧體磁環(huán)(或鐵氧體磁夾,根據(jù)導(dǎo)線的形狀決定鐵氧體的形狀)等措施。其中,對(duì)I/O線還可采用瞬變電壓吸收二極管來(lái)吸收,及采用光電隔離器來(lái)隔離等措施。
    5.2 間接放電
    間接放電主要是通過(guò)由放電產(chǎn)生的電磁場(chǎng)來(lái)影響設(shè)備的工作。因此,對(duì)于外殼有屏蔽作用的設(shè)備肯定比不屏蔽的要好。另外,即使外殼不屏蔽也不等于該設(shè)備一定會(huì)在外界電磁場(chǎng)的作用下出現(xiàn)誤動(dòng)作,這主要看該設(shè)備的布線和印刷板布局對(duì)電磁場(chǎng)的敏感情況,以及敏感部位與放電板(指試驗(yàn)用的垂直和水平耦合板)的相對(duì)距離。
    對(duì)于非金屬機(jī)箱的設(shè)備,還可以考慮通過(guò)外殼的導(dǎo)電性噴涂來(lái)達(dá)到屏蔽的目的。
    6. 抗浪涌干擾試驗(yàn)不合格
    雷擊浪涌試驗(yàn)的*大特點(diǎn)是能量特別大,所以采用普通濾波器和鐵氧體磁芯來(lái)濾波、吸收的方案基本無(wú)效,必須使用氣體放電管、壓敏電阻、硅瞬變壓吸收二極管和半導(dǎo)體放電管等專門(mén)的浪涌吸收器件才行。
    雷擊浪涌試驗(yàn)有共模和差模兩種,因此浪涌吸收器件的使用要考慮到與試驗(yàn)的對(duì)應(yīng)情況。為顯現(xiàn)使用效果,浪涌吸收器件要用在進(jìn)線入口處。由于浪涌吸收過(guò)程中的di/dt特別大,在器件附近不能有信號(hào)線和電源線經(jīng)過(guò),以防止因電磁耦合將干擾引入信號(hào)和電源線路。此外,浪涌吸收器件的引腳要短;吸收器件的吸收容量要與浪涌電壓和電流的試驗(yàn)等級(jí)相匹配。
    *后,采用組合式保護(hù)方案將能發(fā)揮不同保護(hù)器件的各自特點(diǎn),從而取得*好的保護(hù)效果。
    7. 由射頻場(chǎng)感應(yīng)所引起的傳導(dǎo)干擾抗擾度試驗(yàn)不合格
    從試驗(yàn)方式看,由射頻場(chǎng)感應(yīng)所引起的傳導(dǎo)干擾抗擾度試驗(yàn)是共模試驗(yàn),在經(jīng)過(guò)前述幾項(xiàng)試驗(yàn)(特別是靜電放電、射頻輻射電磁場(chǎng)和脈沖群試驗(yàn))后,一般應(yīng)無(wú)大礙,萬(wàn)一有問(wèn)題,主要是通過(guò)對(duì)濾波的加強(qiáng),及改善設(shè)備內(nèi)部的布線和布局來(lái)得到解決。

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