許振召，江傳華

（中國船舶重工集團(tuán)第七二二研究所）

電源線傳導(dǎo)干擾診斷和整改方法研究

許振召，江傳華

（中國船舶重工集團(tuán)第七二二研究所）

本文介紹了電源線傳導(dǎo)干擾的基本概念和特點(diǎn)，根據(jù)差模/共模干擾原理，提出了幾種差模/共模干擾診斷方法。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合濾波器原理，對差模/共模干擾各自的整改方法進(jìn)行了分析。最后列舉了實(shí)際整改案例，驗(yàn)證了相關(guān)方法。

傳導(dǎo)干擾；差模；共模；診斷和整改

引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 大量電子電氣產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用，帶來了一系列的電磁兼容（EMC）問題，對產(chǎn)品的EMC性能提出了極其嚴(yán)格的要求。

按照EMC原理，電氣及電子設(shè)備工作時會產(chǎn)生電磁噪聲影響其他設(shè)備，同時也可能會受到外界電磁環(huán)境的影響。若產(chǎn)品電磁產(chǎn)生電磁噪聲造成其他設(shè)備、裝置或系統(tǒng)的異?；蚬δ芙档?，則稱該產(chǎn)品出現(xiàn)電磁干擾（EMI）問題。其中，在電子電氣產(chǎn)品EMC測試中,電源線傳導(dǎo)干擾一直是一種常見的EMI干擾類型，經(jīng)常會導(dǎo)致產(chǎn)品無法通過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證測試。本文在共模/差模干擾原理基礎(chǔ)上，介紹了幾種常見的電源線傳導(dǎo)干擾診斷方法，并有針對性地提出了相應(yīng)的抑制措施和對策，以期對廣大電子工程技術(shù)人員提供幫助。

1 共模干擾和差模干擾

傳導(dǎo)干擾一般分為共模（CM）干擾和差模（DM）干擾。電子電氣產(chǎn)品電源線至少由兩根導(dǎo)線組成，即相線（正線）和中線（負(fù)線），在這兩根導(dǎo)線之外，一般還存在第三導(dǎo)體，即地線。圖1中UCM即為共模干擾,干擾信號通過相線中線作去路,地線作為回路傳輸；UDM為差模干擾，干擾信號通過相線與中線構(gòu)成的回路傳輸[1]。

差模干擾在相線和中線中大小相等, 相位相反；共模干擾在相線和中線中同時存在，大小相等，相位相同。共模干擾和差模干擾一般同時存在于產(chǎn)品的電源線傳導(dǎo)干擾信號中。由于它們的產(chǎn)生機(jī)理、傳輸回路均不相同,其各自有效的抑制對策和手段也存在很大區(qū)別。電源線傳導(dǎo)干擾測試出現(xiàn)超標(biāo)情況時，對其主要影響因素究竟是差模還是共模的診斷就成為一項重要課題，對提高整改效率至關(guān)重要。

圖1 共模干擾和差模干擾

2 共模/差模干擾診斷方法

在日常的認(rèn)證測試工作中，經(jīng)常遇到電源線傳導(dǎo)測試超標(biāo)的問題，如何進(jìn)行整改呢？是每位設(shè)計師需要面對的問題，首先必須分析超標(biāo)的頻率范圍、診斷超標(biāo)的干擾類型和干擾的量級大小，才能有的放矢的進(jìn)行整改。

2．1 超標(biāo)頻段預(yù)分析

根據(jù)大量產(chǎn)品傳導(dǎo)干擾測試的經(jīng)驗(yàn)，一般來講，若傳導(dǎo)干擾測試結(jié)果在1MHz頻段以下超標(biāo)，通常是差模干擾的超標(biāo)的可能性比較大，而反之，在1MHz以上頻段超標(biāo)，則是共模干擾超標(biāo)的可能性較大[2]，如圖2所示。通過超標(biāo)頻段預(yù)分析，可以大致判斷產(chǎn)品超標(biāo)可能的干擾類型。

2．2 射頻電流探頭測量診斷

通過超標(biāo)頻段大致確定產(chǎn)品干擾類型，雖然較為簡便易行，但是不夠精確，沒有定量數(shù)據(jù)支撐，存在較大的不確定性，還不能以此為確切依據(jù)進(jìn)行下一步的整改工作，需要診斷超標(biāo)的干擾的量級大小，指導(dǎo)后續(xù)整改中分析計算。

由于差模干擾和共模干擾僅在電源線兩根導(dǎo)線某一根導(dǎo)線中方向相同，在另外一根導(dǎo)線中方向相反；并且其干擾電流在相線和中線中大小相等。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，如圖3、4所示，利用電流探頭，通過改變電源線相線和中線的擺放位置，可以分別單獨(dú)測量到共模電流和差模電流的大小。

圖3中差模干擾電流IDM同時存在于相線和中線中，大小相等，但方向相反，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，二者彼此抵消，共模電流ICM方向相同大小相等，探頭測得的只有共模電流分量；而圖4情況剛好相反，探頭內(nèi)共模電流ICM方向相反大小相等，互相抵消，而差模電流IDM方向相同大小相等，探頭測得的只有差模電流分量。

3 針對性的電源線傳導(dǎo)干擾超標(biāo)整改對策

3．1 使用電源線濾波器

對于電源線傳導(dǎo)干擾問題，最主要的解決措施就是使用電源線濾波器。電源線濾波器通常是由串聯(lián)電感和并聯(lián)電容組成的低通濾波器，由于共模干擾和差模干擾的存在，其基本電路是共模濾波電路和差模濾波電路的組合[3]。

圖5為電源線濾波器電路原理圖。其主要元器件包括: 差模電容Cx、共模電容Cy和共模扼流圈L1。共模扼流圈L1即共模電感，普通電源線濾波器中往往不單獨(dú)安裝差模電感，而通過共模扼流圈L1的漏電感來產(chǎn)生差模電感L1d，以實(shí)現(xiàn)差模濾波功能，L1d一般估算為L1共模電感量的0.5 %～1 %。差模電容和電感、共模電容和電感分別構(gòu)成了濾波器的差模和共模濾波電路，其等效電路圖如圖6（a）、（b）所示。

3．2 差模干擾整改對策

圖2 共模干擾和差模干擾頻段分布示意圖

圖3 利用電流探頭完成共模電流測量

圖4 利用電流探頭完成差模電流測量

圖5 電源線濾波器基本電路

圖6（a）為電源線濾波器差模等效電路，由于一般共模電容Cy遠(yuǎn)小于差模電容Cx，可以忽略不計。在電源線濾波器中，對于差模干擾起主要抑制作用器件為差模電容Cx和共模扼流圈L1的差模分量L1d。經(jīng)過上文的診斷后，如確定干擾超標(biāo)主要由差模干擾引起，主要的整改對策有以下幾種：

1）增加差模電感

電源線濾波器中，共模扼流圈的漏電感形成的差模分量L1d配合差模電容Cx能夠滿足一般電源的差模干擾濾波要求，可以不用設(shè)計專用差模電感。但若在測試中發(fā)現(xiàn)低頻干擾（10kHz～1MHz）超標(biāo)嚴(yán)重，經(jīng)診斷為差模干擾影響較大，可以考慮將共模扼流圈串聯(lián)加裝獨(dú)立的差模電感Ld，增大濾波器的差模電感，改善濾波器的低頻插入損耗，以提高差模濾波能力，如圖7所示。

2）增加差模電容

差模電容Cx跨接在相線和中線之間，對差模干擾起旁路作用，若診斷發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品電源線傳導(dǎo)干擾差模影響較大，可以通過增加差模電容的方法加以解決，如圖8。

這相當(dāng)于增加了差模濾波電路的階數(shù)，提高了濾波器插損過渡帶陡度，從而改善了差模濾波效果，根據(jù)需要，常常可以在增加差模電容的同時，配合增加差模電感，進(jìn)一步改善濾波效果。

3．3 共模干擾整改對策

圖6（b）為電源線濾波器共模等效電路，在電源線濾波器中，對于共模干擾起主要抑制作用器件為共模電容Cy和共模扼流圈L1，經(jīng)過診斷，確定干擾超標(biāo)主要由共模干擾引起后，主要的整改對策有以下幾種：

1）增加共模電感

共模扼流圈即共模電感，在電源線濾波器中主要作用是濾除低頻共模干擾，若診斷發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品共模低頻干擾影響較大，可以通過增加共模電感的方法，改善共模濾波效果。如圖9，在共模電容后端增加共模電感L2，對共模干擾構(gòu)成T形濾波。

2）改善濾波器接地

濾波器的接地在工程應(yīng)用中常被忽視，然而，濾波器的共模電容一般接在產(chǎn)品相線中線和濾波器外殼之間，對共模電流起旁路作用；只有濾波器外殼接地良好，才能保證濾波器的共模電容起到應(yīng)有的作用。濾波器接地不良，常常導(dǎo)致共模電容濾波性能下降，進(jìn)而使得高頻共模濾波效果變差，造成超標(biāo)。因此，對于共模干擾超標(biāo)，應(yīng)該考慮檢查并改善濾波器接地。

另外，需要注意的是：共模電容Cy會造成電源線上電流從相線和中線經(jīng)Cy流入地，稱為漏電流，若Cy電容量過大，會造成漏電流過高，發(fā)生漏電，對人身安全造成威脅，因此，一般不宜通過增加共模電容Cy的措施對共模干擾進(jìn)行整改[4]。

4 案例分析

圖6

圖7 電源線濾波器（增加差模電感）

圖8 電源線濾波器（增加差模電容）

圖9 電源線濾波器共模等效電路（增加共模電感）

以某型網(wǎng)元設(shè)備為例，產(chǎn)品已安裝電源線濾波器，初測發(fā)現(xiàn)電源線傳導(dǎo)發(fā)射CE102項目超標(biāo)，測試曲線如圖10所示。

經(jīng)試驗(yàn)室對其診斷分析，由圖10可知，產(chǎn)品主要超標(biāo)頻段為200～500 kHz頻段，最大超標(biāo)點(diǎn)300 kHz，超標(biāo)幅度約10dB，主要影響分量為差模干擾的可能性較大。

按照圖3、圖4方法，利用電流探頭對產(chǎn)品電源線上差模、共模干擾分量進(jìn)行測試，如圖11、12所示：

由上圖可知，在200～500 kHz頻段，產(chǎn)品共模干擾信號較小，最大值約35 dBμV；而該頻段差模干擾波形與實(shí)際超標(biāo)曲線相似，最大值約55 dBμV。由此可以判斷，差模干擾是引起超標(biāo)的主要因素。

經(jīng)分析比較，決定采取增加差模電感Ld的方法進(jìn)行整改。本案例中，考慮到原濾波器插損和測試裕量要求，整改后的差模濾波插損在300 kHz應(yīng)達(dá)到25 dB以上。根據(jù)LC濾波電路典型插損曲線可知，當(dāng)f/f0＞4時（f0為濾波器諧振點(diǎn)），插損可達(dá)到25 dB以上[5]；因此整改后f0必須滿足：300/ f0＞4，即 f0＜75 kHz。

經(jīng)計算可得，Ld＞8μH，最終選擇串聯(lián)10μH差模電感進(jìn)行整改。整改后測試曲線見圖13。

為進(jìn)行對比，證明診斷結(jié)論（差模干擾為主要成分）對整改的幫助，改用在電源線上串聯(lián)100μH共模電感進(jìn)行整改并進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)整改效果不佳，超標(biāo)頻段和幅度無明顯變化，測試曲線如圖14所示。

圖13和圖14對比可知，串聯(lián)共模電感進(jìn)行整改后，產(chǎn)品電源線傳導(dǎo)干擾超標(biāo)問題依然存在，超標(biāo)頻段和幅度無明顯改善；而在有針對性的串聯(lián)差模電感進(jìn)行整改后，超標(biāo)頻段的電源線傳導(dǎo)干擾得到了明顯改善，通過了測試，驗(yàn)證了上文提到的診斷分析測試和整改措施的可行性和實(shí)用性。

圖10 超標(biāo)曲線

圖11 差模干擾曲線

圖12 共模干擾曲線

圖13 整改后復(fù)測曲線（串聯(lián)差模電感）

圖14 對比曲線（串聯(lián)共模電感）

以上的案例分析只是我們已完成整改中的普通一例，大量的相關(guān)試驗(yàn)檢測和整改積累的事實(shí)證明，文中的診斷分析方法和針對性的整改措施，已經(jīng)幫助解決了上百臺/次產(chǎn)品電源線傳導(dǎo)干擾超標(biāo)的問題，值得在今后工作中加以推廣和應(yīng)用。

5 結(jié)束語

本文根據(jù)電源線傳導(dǎo)干擾的性質(zhì)，結(jié)合實(shí)際工程技術(shù)條件，給出了幾種較為簡便易行的共模/差模干擾診斷方法，以及相應(yīng)的超標(biāo)整改對策，并且結(jié)合測試和整改實(shí)例，對電源線傳導(dǎo)干擾的具體診斷和整改進(jìn)行了進(jìn)一步的分析和闡述。當(dāng)產(chǎn)品電源線傳導(dǎo)干擾出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象時，分析超標(biāo)頻段，預(yù)測干擾類型，診斷測試共模/差模干擾的分布和大小是非常有必要的。通過診斷，確定干擾的主要影響分量，采取有針對性的整改措施，常常能起到事半功倍的效果，從而提高工作效率，更好的解決相關(guān)產(chǎn)品電磁兼容性問題。

[1] 張亮.電磁兼容（EMC）技術(shù)及應(yīng)用實(shí)例詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社, 2014.

[2] 孔繁斌,趙金奎.電子產(chǎn)品傳導(dǎo)干擾的抑制[J].艦船電子工程,2011(6).

[3] 李云.電源噪聲濾波器的基本原理與應(yīng)用方法[J].電源技術(shù)應(yīng)用,2001(8).

[4] 聶磊,汪洋,王迎節(jié).電源線濾波器對電子設(shè)備EMC影響分析[J].電磁場與微波, 2010(7).

[5] 鄭軍奇. EMC電磁兼容設(shè)計與測試案例分析[M].北京：電子工業(yè)出版社, 2010.

Study on Diagnosis and Rectif cation Methods of EMI Conducted by Power Line

XU Zhen-zhao, JIANG Chuan-hua
(七二二 Research Institute ,China Shipbuilding Industry Corporation)

This paper presents basic a concept and characters of EMI conducted by power line，suggests a few of DM/CM interference diagnosis methods based on principles of DM/CM interference. According to these, the rectification methods for DM or CM interference are also analyzed combined with the principles of EMI filters. In the end，an example of practical rectification is described, and the relevant measures are confirmed in the same time.

conducted interference; DM; CM; diagnosis and rectification

TN86

A

1004-7204(2017)04-0093-05

許振召,男,工程師，就職于中船重工七二二所計量檢測中心,從事電磁兼容檢測和科研工作；

江傳華,女,研究員,從事計量和電磁兼容方面科研工作,檢測中心技術(shù)負(fù)責(zé)人。