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電磁兼容試驗中的故障診斷及處理
日期：2024-10-18 16:24
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摘要：
電磁兼容試驗中的故障診斷及處理
本講中涉及到的內(nèi)容包括：設備自身工作時的輻射騷擾發(fā)射及傳導發(fā)射超標；設備的抗擾度性能不合格（如靜電放電、射頻輻射電磁場、電快速瞬變脈沖群、雷擊浪涌、以及由射頻場感應所引起的射頻電流注入）等等。
1. 輻射發(fā)射超標
一種是設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，如果沒有任何改善跡象，則應當懷疑是設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題。
1.1 金屬機箱屏蔽性能不完善
⑴ 機箱的縫隙過大，或機箱配合上存在問題處理意見：
① **結合面上的油漆、氧化層及表面沾污；
② 增加結合面上的緊固件數(shù)目及接觸表面的平整度；
③ 采取長久性的接縫（要連續(xù)焊接）；
④ 采用導電襯墊來改善接觸表面的接觸性能。
⑵ 其他功能性開孔過大
處理：
① 通風口采用防塵板，必要時采用波導通風板，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，并對信號線采取濾波；
③ 對鍵盤等采用隔艙，并對信號線采取濾波。
⑶ 機箱內(nèi)部布線不當，電磁騷擾透過縫隙逸出
處理意見：將印刷板及設備內(nèi)部布線等可能產(chǎn)生輻射騷擾的布局遠離縫隙或功能性開孔的部位，或采取增加屏蔽的補救措施或重新布局。
1.2 非金屬機箱
① 對機箱進行導電性噴涂，特別要注意在結合部分的縫隙也要進行噴涂，保證機箱有導電性的連接；
② 對產(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，并將所有進入或離開屏蔽體的導線要進行濾波或套上吸收磁環(huán)；
③ 對內(nèi)部布線和印刷線路板的布局重新考慮，盡可能使信號及其回線的環(huán)路為*小。
1.3 線纜問題（包括懷疑是設備上余下線纜的問題在內(nèi)）
⑴ 對電源線的處理
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（盡可能放在機箱中電源線入口端）和安裝情況，要保證濾波器外殼與機箱搭接良好、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 對信號線的處理
① 在信號線上套鐵氧體磁環(huán)（或鐵氧體磁夾）；
② 對信號線濾波（共模濾波）；必要時將連接器改用濾波陣列板或濾波連接器；
③ 換用屏蔽電纜。屏蔽電纜的屏蔽層與機箱盡量采用360°搭接方式，必要時在屏蔽線上再套鐵氧體磁環(huán)。
2. 傳導發(fā)射超標
主要是線纜方面的問題
⑴ 對電源線的處理
① 檢查電源線附近有無信號電纜存在，有無可能是因為信號電纜與電源線之間的耦合使電源線的傳導騷擾發(fā)射超標（這種情況多見于超標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（盡可能放在機箱中電源線入口端）和安裝情況，要保證濾波器外殼與機箱搭接良好、接地良好；
③ 雖經(jīng)采取措施，設備傳導騷擾發(fā)射仍未達標（特別是在低頻段沒有達標）。此時可考慮在設備內(nèi)部線路連接接地端子的地方串入一個電感。由于這部分連接屬單點接地，平時無電流流過，因此這個電感可以做得很大，而無須擔心有鐵芯的飽和問題。采取這一措施的理由是，設備傳導騷擾發(fā)射測試，實際上是共模電壓測試（電源線對大地的騷擾電壓測試），電源線上有工作電流流過，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這—缺憾，從而取得更好的傳導騷擾的抑制能力。
⑵ 對信號線的處理
① 注意信號線周圍有無其他輻射能量（附近的布線及印刷板的布局）被引到信號線上。如有，或拉大兩者的距離，或采用屏蔽措施，或考慮改變設備內(nèi)部布局和印刷板的布局；
② 在信號線上套鐵氧體磁環(huán)（或鐵氧體磁夾）；
③ 對信號線進行共模濾波，必要時采用濾波連接器（或濾波陣列板）。注意濾波器的參數(shù)，傳導騷擾發(fā)射超標的頻率比輻射騷擾發(fā)射超標的頻率得低些，因此取用的元件參數(shù)應當偏大一些。
3. 抗射頻輻射電磁場干擾不合格
按標準要求，抗射頻輻射電磁場干擾試驗主要是針對設備表面來進行的。事實上，設備的電源線和I/O線也同時曝露在射頻輻射電磁場的下面，故電源線和I/O線也有可能充當被動天線，而將干擾引入設備內(nèi)部，導致設備誤動作。
對于設備抗輻射電磁場干擾不合格的處理意見與設備的輻射騷擾發(fā)射超標的處理意見是相似的，只是電磁場的走向不一樣，前者是外界干擾影響內(nèi)部線路工作；后者是內(nèi)部騷擾逸出設備，造成輻射騷擾發(fā)射的超標。
4. 抗脈沖群干擾不合格
從脈沖群試驗的本意來說，主要是進行共模干擾試驗，只是干擾脈沖的波形前沿非常陡峭，持續(xù)時間非常短暫，因此含有極其豐富的高頻成分，這就導致在干擾波形的傳輸過程中，會有一部分干擾從傳輸?shù)木€纜中逸出，這樣設備*終受到的是傳導和輻射的復合干擾。
針對脈沖群干擾，主要采用濾波（電源線和信號線的濾波）及吸收（用鐵氧體磁芯來吸收）。采用鐵氧體磁芯吸收的方案非常便宜也非常有效，但要注意做試驗時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，千萬不要隨意更改，因為我們一再強調脈沖群干擾不僅僅是一個傳導干擾，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有直接放電和間接放電兩種，直接放電是放電槍直接透過設備的表面對設備進行放電；間接放電則是放電槍對設備旁邊的物體放電（在試驗中用放電槍對設備旁邊的水平和垂直耦合板的放電來模擬）。
5.1 直接放電
因對象不同，可能有金屬和非金屬兩種外殼。
⑴ 非金屬機箱
非金屬機箱的*大好處是外殼由絕緣材料制成，一般情況下是放不出電的，但如果設備內(nèi)部布局過于靠近外殼的縫隙，或者表面材料絕緣強度不夠，都有可能使該設備的抗靜電干擾試驗不合格。
可采取“躲”的措施。例如可在縫隙部分用絕緣板來加強隔離；或用楔口來增加放電路徑。對有導電插口的部分，把插口做得深一點、縫細一點?？傊?，要通過結構設計的辦法，不讓靜電放電試驗在該設備上放出電來。
⑵ 金屬機箱
對金屬機箱，靜電放電試驗肯定能在機箱表面放出電來，問題是怎樣才能使放電對設備正常工作的影響變得*小。
十分明顯，一臺外殼導電性連接良好的設備，加上設備外殼有低阻抗的接地措施，靜電放電電流將能在設備外殼上迅速得到排遣，這在一般情況下是不會對設備造成干擾的。
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，如果機箱的導電連接欠佳，加上接地的低阻抗考慮不夠時，還是可以在機箱表面建立一個高頻電磁場，構成對設備內(nèi)部線路的一定干擾。
⑶ 線纜及其他部分
按標準規(guī)定，設備正常工作期間，凡操作人員可以觸摸到的部位都屬于應該進行靜電放電試驗的部位。這樣看來，除了設備外殼，對設備表面的顯示部分以及電源線和I/O線等部位也屬于應該放電試驗的部位。
對顯示屏，應考慮采用透明屏蔽材料進行保護，關鍵是讓屏蔽材料與設備外殼間保證有致密的電接觸。
對電源線、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)導線的形狀決定鐵氧體的形狀）等措施。其中，對I/O線還可采用瞬變電壓吸收二極管來吸收，及采用光電隔離器來隔離等措施。
5.2 間接放電
間接放電主要是通過由放電產(chǎn)生的電磁場來影響設備的工作。因此，對于外殼有屏蔽作用的設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備一定會在外界電磁場的作用下出現(xiàn)誤動作，這主要看該設備的布線和印刷板布局對電磁場的敏感情況，以及敏感部位與放電板（指試驗用的垂直和水平耦合板）的相對距離。
對于非金屬機箱的設備，還可以考慮通過外殼的導電性噴涂來達到屏蔽的目的。
6. 抗浪涌干擾試驗不合格
雷擊浪涌試驗的*大特點是能量特別大，所以采用普通濾波器和鐵氧體磁芯來濾波、吸收的方案基本無效，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體放電管等專門的浪涌吸收器件才行。
雷擊浪涌試驗有共模和差模兩種，因此浪涌吸收器件的使用要考慮到與試驗的對應情況。為顯現(xiàn)使用效果，浪涌吸收器件要用在進線入口處。由于浪涌吸收過程中的di/dt特別大，在器件附近不能有信號線和電源線經(jīng)過，以防止因電磁耦合將干擾引入信號和電源線路。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等級相匹配。
*后，采用組合式保護方案將能發(fā)揮不同保護器件的各自特點，從而取得*好的保護效果。
7. 由射頻場感應所引起的傳導干擾抗擾度試驗不合格
從試驗方式看，由射頻場感應所引起的傳導干擾抗擾度試驗是共模試驗，在經(jīng)過前述幾項試驗（特別是靜電放電、射頻輻射電磁場和脈沖群試驗）后，一般應無大礙，萬一有問題，主要是通過對濾波的加強，及改善設備內(nèi)部的布線和布局來得到解決。
本講中涉及到的內(nèi)容包括：設備自身工作時的輻射騷擾發(fā)射及傳導發(fā)射超標；設備的抗擾度性能不合格（如靜電放電、射頻輻射電磁場、電快速瞬變脈沖群、雷擊浪涌、以及由射頻場感應所引起的射頻電流注入）等等。
1. 輻射發(fā)射超標
一種是設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，如果沒有任何改善跡象，則應當懷疑是設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題。
1.1 金屬機箱屏蔽性能不完善
⑴ 機箱的縫隙過大，或機箱配合上存在問題處理意見：
① **結合面上的油漆、氧化層及表面沾污；
② 增加結合面上的緊固件數(shù)目及接觸表面的平整度；
③ 采取長久性的接縫（要連續(xù)焊接）；
④ 采用導電襯墊來改善接觸表面的接觸性能。
⑵ 其他功能性開孔過大
處理：
① 通風口采用防塵板，必要時采用波導通風板，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，并對信號線采取濾波；
③ 對鍵盤等采用隔艙，并對信號線采取濾波。
⑶ 機箱內(nèi)部布線不當，電磁騷擾透過縫隙逸出
處理意見：將印刷板及設備內(nèi)部布線等可能產(chǎn)生輻射騷擾的布局遠離縫隙或功能性開孔的部位，或采取增加屏蔽的補救措施或重新布局。
1.2 非金屬機箱
① 對機箱進行導電性噴涂，特別要注意在結合部分的縫隙也要進行噴涂，保證機箱有導電性的連接；
② 對產(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，并將所有進入或離開屏蔽體的導線要進行濾波或套上吸收磁環(huán)；
③ 對內(nèi)部布線和印刷線路板的布局重新考慮，盡可能使信號及其回線的環(huán)路為*小。
1.3 線纜問題（包括懷疑是設備上余下線纜的問題在內(nèi)）
⑴ 對電源線的處理
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（盡可能放在機箱中電源線入口端）和安裝情況，要保證濾波器外殼與機箱搭接良好、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 對信號線的處理
① 在信號線上套鐵氧體磁環(huán)（或鐵氧體磁夾）；
② 對信號線濾波（共模濾波）；必要時將連接器改用濾波陣列板或濾波連接器；
③ 換用屏蔽電纜。屏蔽電纜的屏蔽層與機箱盡量采用360°搭接方式，必要時在屏蔽線上再套鐵氧體磁環(huán)。
2. 傳導發(fā)射超標
主要是線纜方面的問題
⑴ 對電源線的處理
① 檢查電源線附近有無信號電纜存在，有無可能是因為信號電纜與電源線之間的耦合使電源線的傳導騷擾發(fā)射超標（這種情況多見于超標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（盡可能放在機箱中電源線入口端）和安裝情況，要保證濾波器外殼與機箱搭接良好、接地良好；
③ 雖經(jīng)采取措施，設備傳導騷擾發(fā)射仍未達標（特別是在低頻段沒有達標）。此時可考慮在設備內(nèi)部線路連接接地端子的地方串入一個電感。由于這部分連接屬單點接地，平時無電流流過，因此這個電感可以做得很大，而無須擔心有鐵芯的飽和問題。采取這一措施的理由是，設備傳導騷擾發(fā)射測試，實際上是共模電壓測試（電源線對大地的騷擾電壓測試），電源線上有工作電流流過，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這—缺憾，從而取得更好的傳導騷擾的抑制能力。
⑵ 對信號線的處理
① 注意信號線周圍有無其他輻射能量（附近的布線及印刷板的布局）被引到信號線上。如有，或拉大兩者的距離，或采用屏蔽措施，或考慮改變設備內(nèi)部布局和印刷板的布局；
② 在信號線上套鐵氧體磁環(huán)（或鐵氧體磁夾）；
③ 對信號線進行共模濾波，必要時采用濾波連接器（或濾波陣列板）。注意濾波器的參數(shù)，傳導騷擾發(fā)射超標的頻率比輻射騷擾發(fā)射超標的頻率得低些，因此取用的元件參數(shù)應當偏大一些。
3. 抗射頻輻射電磁場干擾不合格
按標準要求，抗射頻輻射電磁場干擾試驗主要是針對設備表面來進行的。事實上，設備的電源線和I/O線也同時曝露在射頻輻射電磁場的下面，故電源線和I/O線也有可能充當被動天線，而將干擾引入設備內(nèi)部，導致設備誤動作。
對于設備抗輻射電磁場干擾不合格的處理意見與設備的輻射騷擾發(fā)射超標的處理意見是相似的，只是電磁場的走向不一樣，前者是外界干擾影響內(nèi)部線路工作；后者是內(nèi)部騷擾逸出設備，造成輻射騷擾發(fā)射的超標。
4. 抗脈沖群干擾不合格
從脈沖群試驗的本意來說，主要是進行共模干擾試驗，只是干擾脈沖的波形前沿非常陡峭，持續(xù)時間非常短暫，因此含有極其豐富的高頻成分，這就導致在干擾波形的傳輸過程中，會有一部分干擾從傳輸?shù)木€纜中逸出，這樣設備*終受到的是傳導和輻射的復合干擾。
針對脈沖群干擾，主要采用濾波（電源線和信號線的濾波）及吸收（用鐵氧體磁芯來吸收）。采用鐵氧體磁芯吸收的方案非常便宜也非常有效，但要注意做試驗時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，千萬不要隨意更改，因為我們一再強調脈沖群干擾不僅僅是一個傳導干擾，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有直接放電和間接放電兩種，直接放電是放電槍直接透過設備的表面對設備進行放電；間接放電則是放電槍對設備旁邊的物體放電（在試驗中用放電槍對設備旁邊的水平和垂直耦合板的放電來模擬）。
5.1 直接放電
因對象不同，可能有金屬和非金屬兩種外殼。
⑴ 非金屬機箱
非金屬機箱的*大好處是外殼由絕緣材料制成，一般情況下是放不出電的，但如果設備內(nèi)部布局過于靠近外殼的縫隙，或者表面材料絕緣強度不夠，都有可能使該設備的抗靜電干擾試驗不合格。
可采取“躲”的措施。例如可在縫隙部分用絕緣板來加強隔離；或用楔口來增加放電路徑。對有導電插口的部分，把插口做得深一點、縫細一點?？傊?，要通過結構設計的辦法，不讓靜電放電試驗在該設備上放出電來。
⑵ 金屬機箱
對金屬機箱，靜電放電試驗肯定能在機箱表面放出電來，問題是怎樣才能使放電對設備正常工作的影響變得*小。
十分明顯，一臺外殼導電性連接良好的設備，加上設備外殼有低阻抗的接地措施，靜電放電電流將能在設備外殼上迅速得到排遣，這在一般情況下是不會對設備造成干擾的。
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，如果機箱的導電連接欠佳，加上接地的低阻抗考慮不夠時，還是可以在機箱表面建立一個高頻電磁場，構成對設備內(nèi)部線路的一定干擾。
⑶ 線纜及其他部分
按標準規(guī)定，設備正常工作期間，凡操作人員可以觸摸到的部位都屬于應該進行靜電放電試驗的部位。這樣看來，除了設備外殼，對設備表面的顯示部分以及電源線和I/O線等部位也屬于應該放電試驗的部位。
對顯示屏，應考慮采用透明屏蔽材料進行保護，關鍵是讓屏蔽材料與設備外殼間保證有致密的電接觸。
對電源線、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)導線的形狀決定鐵氧體的形狀）等措施。其中，對I/O線還可采用瞬變電壓吸收二極管來吸收，及采用光電隔離器來隔離等措施。
5.2 間接放電
間接放電主要是通過由放電產(chǎn)生的電磁場來影響設備的工作。因此，對于外殼有屏蔽作用的設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備一定會在外界電磁場的作用下出現(xiàn)誤動作，這主要看該設備的布線和印刷板布局對電磁場的敏感情況，以及敏感部位與放電板（指試驗用的垂直和水平耦合板）的相對距離。
對于非金屬機箱的設備，還可以考慮通過外殼的導電性噴涂來達到屏蔽的目的。
6. 抗浪涌干擾試驗不合格
雷擊浪涌試驗的*大特點是能量特別大，所以采用普通濾波器和鐵氧體磁芯來濾波、吸收的方案基本無效，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體放電管等專門的浪涌吸收器件才行。
雷擊浪涌試驗有共模和差模兩種，因此浪涌吸收器件的使用要考慮到與試驗的對應情況。為顯現(xiàn)使用效果，浪涌吸收器件要用在進線入口處。由于浪涌吸收過程中的di/dt特別大，在器件附近不能有信號線和電源線經(jīng)過，以防止因電磁耦合將干擾引入信號和電源線路。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等級相匹配。
*后，采用組合式保護方案將能發(fā)揮不同保護器件的各自特點，從而取得*好的保護效果。
7. 由射頻場感應所引起的傳導干擾抗擾度試驗不合格
從試驗方式看，由射頻場感應所引起的傳導干擾抗擾度試驗是共模試驗，在經(jīng)過前述幾項試驗（特別是靜電放電、射頻輻射電磁場和脈沖群試驗）后，一般應無大礙，萬一有問題，主要是通過對濾波的加強，及改善設備內(nèi)部的布線和布局來得到解決。
