某產(chǎn)品輻射超標整改案例
問題描述
某國外醫(yī)療產(chǎn)品需要在國內(nèi)市場銷售，在國內(nèi)進行醫(yī)療產(chǎn)品認證時，其輻射騷擾在60MHz和130MHz左右超標，現(xiàn)場工程師在AC220V電源線纜增加大量不同種類的磁環(huán)都沒有改善，如圖1所示。
圖1 30MHz～1GHz輻射騷擾原始頻譜
從圖1可以看出，產(chǎn)品輻射騷擾在60MHz左右，最大超標約1dB，不滿足標準要求，實驗不通過。
問題診斷
產(chǎn)品為便攜式醫(yī)療設備，由AC220V和電池供電。測試時工程師在AC220V電源線加磁環(huán)無改善，再次確認時直接拔掉AC220V電源線，使用電池為產(chǎn)品供電，此時測試輻射騷擾，前后結(jié)果無任何改變，因此確認產(chǎn)品輻射騷擾和AC220V電源線2無關(guān)。
打開機殼，使用頻譜分析儀和近場探頭在機殼內(nèi)部單板、線纜等處查找電磁干擾源，當近場探頭置于電池電源線時，在所關(guān)心的60MMHz和130MMHz左右電磁干擾陡然增大，如圖2、圖3所示。
圖2 引起EMI問題的電池電源線
圖3 電池電源線電磁干擾
問題分析
從圖4可以看出，電池電源線緊貼AC220V開關(guān)電源板。
圖4 電池電源線緊貼開關(guān)電源板
開關(guān)電源板為單面板，頂層為器件，底層為布線，當開關(guān)電源工作時，其一直處于高頻開關(guān)工作狀態(tài)，此時電路中存在強烈的電壓和電流變化，即du/dt≠0，或者di/dt≠0。根據(jù)法拉第電磁感應定律，變化的電壓或者電流產(chǎn)生變化的電磁場，變化的電磁場可以在環(huán)路里面感應出電壓和電流，那么電池電源線緊貼開關(guān)電源板底層布線層，空間距離很近，因此，開關(guān)電路產(chǎn)生的電磁場，將在電池電源線上感應出噪聲，由于電池電源線較長（約50mm），此時就構(gòu)成了很好的輻射發(fā)射天線，從而產(chǎn)生電磁干擾。
整改措施
本產(chǎn)品為國外產(chǎn)品，無任何硬件電路圖和技術(shù)支持工程師，因此為避免大動干戈損壞產(chǎn)品，選擇使用磁環(huán)的整改方案。
鐵氧體磁環(huán)是一種吸收損耗型元件。在低頻段，鐵氧體呈現(xiàn)出非常低的感性阻抗值，不影響數(shù)據(jù)線或信號線上有用信號的傳輸。而在高頻段，阻抗增大，其感抗分量仍保持很小，電阻性分量卻迅速增加，當有高頻能量穿過磁性材料時，電阻性分量就會把這些能量轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉。
首先查看頻譜圖，產(chǎn)品超標頻段為60MHz-130MHz，因此要求磁環(huán)在本頻段有較高的阻抗，查看磁環(huán)規(guī)格書，如圖5所示。
圖5 鐵氧體磁環(huán)規(guī)格書
從圖5可以看出，型號為74271112磁環(huán)，在關(guān)心的超標頻段，當線圈繞2匝時阻抗高達800Ω/100MHz左右，根據(jù)經(jīng)驗，所選的磁環(huán)阻抗?jié)M足濾波需求，其頻率阻抗特性如圖6所示。
圖6 磁環(huán)頻率阻抗特性圖
整改效果
根據(jù)前面的整改措施，將電池電源線在磁環(huán)上繞2匝，以抑制電池電源線的輻射，如圖7所示。
圖7 電池電源線加磁環(huán)繞2匝
合攏整機進行輻射騷擾測試，此時在所關(guān)心的頻段電磁干擾改善約12dB，實驗通過，如圖8所示。
圖8 電池電源線加磁整改后輻射
整改總結(jié)
磁環(huán)在EMC實驗室可以說遍地皆是，如果要調(diào)查下工程師最喜愛的EMI抑制器件，磁環(huán)說第二，絕對沒有那個器件敢說第一，簡直乃神一樣的存在！但與其地位嚴重不符的是，磁環(huán)的應用方法，業(yè)界和工程師卻沒有清晰的思路，現(xiàn)場整改時，這個試試，那個試試，碰運氣和撞大運的成分居多。本文通過實戰(zhàn)案例，系統(tǒng)的總結(jié)了磁環(huán)的選型思路和應用方法，全文思路清晰，滴水不漏，讀來讓人如撥云見日，受益匪淺！
