解决工控机（ipc）emc测试中的传导骚扰问题.pdf

上海爱瑞科技发展有限公司 1解决工控机（解决工控机（IPC））EMC 测试中的传导骚扰问题 测试中的传导骚扰问题 作者：胡夕祝、王琪、李勇作者：胡夕祝、王琪、李勇 (上海爱瑞科技发展有限公司上海爱瑞科技发展有限公司) 一、 摘要一、 摘要 强制性国家标准 GB9254-98 规定计算机及相连的辅助设备 EMC（电磁兼容）测试必须通过 B 级而传导骚扰又是 EMC 测试中比较难通过的一项，因此本文通过工控机 EMC 实际测试中所遇到的问题以及解决方法来探讨 EMC 测试的传导骚扰 二、 工控机传导骚扰源及产生机理二、 工控机传导骚扰源及产生机理 EMC 分为电磁干扰、电磁抗扰度、电磁环境而电磁干扰(EMI)又分为传导骚扰和辐射骚扰，本文阐述的是 IPC 的传导骚扰IPC 传导骚扰是指 IPC 在正常运行时， 主板、ATX 电源等以电压或电流的形式通过电源线对整个电网进行骚扰杂讯电流通过电源线传输时有两种形态，即“共模杂讯”和“差模差杂” 图2.1 共模电流和差模电流关系图传导骚扰方向 (测试端口)(测试端口)(测试端口)电源公共电网测 试 设 备ICM指的是 LINE、NEUTRAL 相对于 GROUND 的杂讯电流分量。

IDM指的是直接流经LINE 和 NEUTRAL 两线之间而不流经 GROUND 的杂讯分量 向量关系如下： IL=ICM + IDM IN=ICM - IDM 共模杂讯主要是由电路上的半导体器件的寄生电容和杂散电容造成的； 而差模杂讯则是由器件上的寄生电阻及电感造成的 上海爱瑞科技发展有限公司 2三、 案例分析——工控机如何顺利通过三、 案例分析——工控机如何顺利通过 EMC 测试中的传导骚扰测试中的传导骚扰 当杂讯频率在低频段(频率范围 0.15～30MHz)表现在电源线上时，称之为传导骚扰要抑制传导骚扰，必须使用适当的 EMI 滤波器，才能将其在电源线上的 EMI 杂讯频率抑制在相关标准规定的限值内 以下将通过工控机EMC测试中的实际案例阐述EMI滤波器的选用 按照我公司企业标准对公司产品 AE/XE 多功能工控机产品进行 EMC 测试工控机配置按照企业标准规定如 CPU 特性：频率 P42.4GHz(可选)，处理器数量：1 个 a） 总线速度：可选，不小于 400MHZ； b） 硬盘：可选，IDE 接口或 SATA 接口，容量≥20G； c） 内存：大于 512M； d） 电子盘：可选 ，容量不小于 32M； e） CDROM ：可选； f） 底板：有源 Motherboard 板、无源 SBC 板 g） CPU 上面采用组合散热装置 h） 浮地：可选； i） 键盘：标准 104 键或防水键盘（可选） 电源使用标准 8 路输出的 ATX 高性能电源 上海市计量测试技术研究院第一次测试结果如下： 0102030405060708090Level [dB]礦150k300k500k1M2M3M4M 5M7M10M30M Frequency [Hz]++++++xx xxxxx xMES C71019Y7001L_fin QP + +MES C71019Y7001L_fin AV MES C71019Y7001L_pre PK MES C71019Y7001L_pre AV LIM GB 9254 CLASS B QP Voltage QP LimitLIM GB 9254 CLASS B AV Voltage AV Limit图 3.1 L-GND 传导骚扰 GB9254 Class B 频谱图（整改前） Test Specification: L 220V/50Hz 上海爱瑞科技发展有限公司 3-1002040608090Level [dB]礦150k300k500k1M2M3M4M6M10M30M Frequency [Hz]+ +++ ++xx xx xxx xMES C71019Y7001N_fin QP + +MES C71019Y7001N_fin AV MES C71019Y7001N_pre PK MES C71019Y7001N_pre AV LIM GB 9254 CLASS B QP Voltage QP LimitLIM GB 9254 CLASS B AV Voltage AV Limit图 3.2 N-GND 传导骚扰 GB9254 Class B 频谱图（整改前） 从频谱上看超标非常严重，需要整改。

EMC 测试三点非常重要1、滤波 2、接地 3、屏蔽 对于传导骚扰我们重点检查滤波部分，首当其冲的就是 ATX 电源的滤波性能经拆卸 ATX电源发现其 EMI 滤波器结构及器件参数如下： 图 3.3 115/250V 10A EMI 滤波器结构图 图中：L 是共模电感；Cx 是差模电容；Cy 是共模电容；R 是钳位电阻 从第一次测试的频谱图上可能清晰的看到滤波器对低频杂讯的抑制效果不理想EMI滤波电路图的等效电路是二阶的 LC 滤波器，其衰减度是以 40db/dec 的斜率增加的，其Test Specification: N 220V/50Hz 上海爱瑞科技发展有限公司 4转折频率公式如下： 其中 Lcm=L Ccm=2Cy 因此计算此 EMI 滤波器的转折频率为：F=169.66KHz 再对照图 3.1 和 3.2 可以分析出 EMI 滤波器的转折频率过大是导致 EMI 滤波器对低频杂讯抑制不理想的重要原因 整改方案：更换 EMI 滤波器 更换后的 EMI 滤波器结构及参数如下： 图 3.4 115/250V 6 A EMI 滤波器结构图 由转折频率的计算公式算出此 EMI 滤波器的转折频率为： F=74 .046KHz 要点：虽然滤波元件的电感、电容值越大，其对杂讯的衰减能力也越强，特别是对低频杂讯抑制效果更好。

但是以增加成本和体积为代价的， 而且共模电容是跨接于 LINE、 NEUTRAL和 GROUND 之间的因此考虑到安规对地漏电流的限制，共模电容容值不能选用过大 根据对地漏电流计算公式：Iy=2πf CyVc 上海爱瑞科技发展有限公司 5式中：Iy 对地漏电流；f 电网频率；Vc 是电容 Cy 上的压降 可以算出图 3.4EMI 滤波器的对地漏电流为：0.114mA<3.5mA 经过整改后，第二次送检的传导骚扰测试结果如下图： 图 3.5 L-GND 传导骚扰 GB9254 Class B 频谱图（整改后） 图 3.6 N-GND 传导骚扰 GB9254 Class B 频谱图（整改后） 上海爱瑞科技发展有限公司 6四、 总结四、 总结 工控机系统是一个复杂的高频电子系统，外来的电磁辐射，内部各元器件、总线通道间相互干扰严重威胁工控机的性能、稳定性、可靠性；工控机主要由脉冲电路组成，是以数字脉冲信号来处理、传送信息的，数字脉冲信号容易产生电磁辐射骚扰、传导骚扰对自然环境中的人体、设备、公共电网造成损害因此，利用技术手段来解决 EMC问题显得尤为重要 五、 参考文献五、 参考文献 1、EMC 设计与测试案例分析 北京 电子工业出版社 2006.12 2、电磁兼容原理、技术和应用 北京 清华大学出版社 2007.7 3、电磁兼容原理与设计技术 北京 人民邮电出版社 2004.8 4、新电子科技杂志第 187 期 2001.10 。