某系統(tǒng)輔助伺服驅(qū)動(dòng)引發(fā)的輻射發(fā)射超標(biāo)案例
1. 問題描述
某產(chǎn)品在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行GJB151B陸軍地面設(shè)備的輻射發(fā)射測(cè)試時(shí)，在10KHz- 200MHz頻段超標(biāo)，最大超標(biāo)達(dá)到96dB，實(shí)驗(yàn)不通過。企業(yè)工程師驗(yàn)證了各種整改方案效果不佳。
圖1 10KHz～200MHz輻射發(fā)射原始頻譜
2. 故障診斷
查看整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，其由伺服驅(qū)動(dòng)器、位置反饋裝置、伺服電機(jī)、被測(cè)設(shè)備XX等組成，主要功能是按控制命令的要求，驅(qū)動(dòng)裝置輸出力矩、速度和位置信息，控制XX設(shè)備快速、高精度、自動(dòng)瞄準(zhǔn)目標(biāo)等功能。
經(jīng)過與產(chǎn)品工程師溝通和分析，本次被測(cè)設(shè)備為XX（EUT），其余互聯(lián)的設(shè)備均為實(shí)現(xiàn)被測(cè)設(shè)備功能的輔助設(shè)備，因此，將輔助設(shè)備排除在本次測(cè)試考核范圍之外，那么明確需要測(cè)試的EUT，將系統(tǒng)分為被測(cè)設(shè)備和輔助設(shè)備兩部分，兩者之間通過長(zhǎng)約5米的屏蔽線纜連接，如圖2所示。
圖2 測(cè)試系統(tǒng)組成框圖
從圖2可以看出，將測(cè)試系統(tǒng)分為輔助設(shè)備和被測(cè)設(shè)備之后，此時(shí)伺服驅(qū)動(dòng)器為輔助測(cè)試設(shè)備。伺服驅(qū)動(dòng)器由于存在高頻的開關(guān)電路,它的脈沖電流和電壓具有很豐富的諧波，由于寄生參數(shù)效應(yīng)，會(huì)通過線纜產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾，因此，可以確定測(cè)試系統(tǒng)電磁干擾源主要為伺服驅(qū)動(dòng)器，和被測(cè)設(shè)備無關(guān)，整改時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注伺服驅(qū)動(dòng)器。
3. 原因分析
伺服驅(qū)動(dòng)器是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的電磁干擾源，線纜也是重要的電磁干擾耦合途徑，因此整改時(shí)需要從伺服驅(qū)動(dòng)器源頭進(jìn)行抑制，降低干擾源。
查看伺服驅(qū)動(dòng)器殼體，機(jī)箱使用的是金屬屏蔽機(jī)箱，但機(jī)箱縫隙、連機(jī)器I/O插座、通風(fēng)孔等等設(shè)計(jì)時(shí)未考慮EMC，開口有效尺寸很大，容易產(chǎn)生電磁泄漏，不能起到良好的屏蔽作用。
另外，伺服驅(qū)動(dòng)器有輸入AC380V、輸出VUW、旋變信號(hào)等等多根互聯(lián)線纜與被測(cè)設(shè)備連接，如圖3所示。此時(shí)互聯(lián)的線纜容易耦合伺服驅(qū)動(dòng)器的電磁干擾而成為高效輻射的天線。
綜上所述，伺服驅(qū)動(dòng)器殼體和線纜都是電磁輻射的途徑。
圖3 伺服驅(qū)動(dòng)器接口原理圖
從圖3可以看出，伺服驅(qū)動(dòng)器信號(hào)線無電磁干擾濾波，查看其規(guī)格書，輸入和輸出電源濾波器為選配零件，而本系統(tǒng)未加配置，因此，伺服驅(qū)動(dòng)器所有互聯(lián)線纜均未濾波，必然存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。
4. 整改措施
本系統(tǒng)被測(cè)設(shè)備測(cè)試時(shí)需要連接輔助設(shè)備，那么，正式測(cè)試前需要優(yōu)先處理好輔助設(shè)備，避免輔助設(shè)備的電磁干擾影響測(cè)試結(jié)果，歸納總結(jié)下針對(duì)本系統(tǒng)輔助設(shè)備EMI整改方案如下：
伺服驅(qū)動(dòng)器（輔助設(shè)備）放置在暗室外部；
伺服驅(qū)動(dòng)器AC380V輸入和UWV輸出加電源濾波器；
30MHz以下線纜加非晶和錳鋅磁環(huán)；
30MHz以上線纜加鎳鋅鐵氧體磁環(huán)；
互聯(lián)屏蔽線纜360度端接。
以上整改措施分別如圖4、5、6所示。
圖4 輔助設(shè)備放置在暗室外部
如圖4，除過被測(cè)設(shè)備XX外，將圖2所示的所有輔助設(shè)備包括伺服驅(qū)動(dòng)器都放置在暗室的外部，排除以上設(shè)備自身殼體對(duì)外的電磁輻射，從而影響被測(cè)設(shè)備輻射測(cè)試的結(jié)果。
圖5 輔助設(shè)備伺服驅(qū)動(dòng)器電源和信號(hào)線纜濾波（暗室外）
如圖5，將輔助設(shè)備放置在暗室外部，但輔助設(shè)備和暗室內(nèi)部被測(cè)設(shè)備之間還有互聯(lián)線纜，所以，還需要抑制輔助設(shè)備的干擾避免沿著線纜進(jìn)入暗室內(nèi)部。在AC380V輸入和驅(qū)動(dòng)UWV輸出增加伺服濾波器，另外，互聯(lián)信號(hào)線纜分別增加錳鋅和鎳鋅磁環(huán)，抑制沿著線纜傳導(dǎo)的干擾。
圖6 互聯(lián)信號(hào)屏蔽線纜360度端接
如圖6，輔助設(shè)備和被測(cè)設(shè)備的互聯(lián)線纜是屏蔽線纜，將屏蔽層和金屬連接器360°導(dǎo)電搭接，以提高屏蔽線纜屏蔽效果。
5. 實(shí)踐效果
按照以上方案整改后進(jìn)行輻射發(fā)射測(cè)試，此時(shí)在所關(guān)心的頻段電磁干擾改善非常明顯，裕量很大，如圖7所示。
圖7 整改后輻射發(fā)射測(cè)試頻譜
點(diǎn)評(píng)
EMC測(cè)試時(shí)，輔助設(shè)備是為了監(jiān)控被測(cè)設(shè)備工作狀態(tài)或者為了實(shí)現(xiàn)被測(cè)設(shè)備功能而增加的陪測(cè)設(shè)備，理應(yīng)不在EMC測(cè)試考核范圍之內(nèi)，但往往很多EMC測(cè)試的失敗輔助設(shè)備卻難逃干系，之所以如此，主要是工程師測(cè)試時(shí)常常將輔助設(shè)備和被測(cè)設(shè)備混為一談，明明要考核甲，卻因?yàn)橐蚁拐垓v。本文通過實(shí)戰(zhàn)案例，深刻揭示了輔助設(shè)備對(duì)EMC測(cè)試結(jié)果的重大影響。本文的思路和方法啟示我們，在正式進(jìn)行EMC測(cè)試前，優(yōu)先處理好輔助設(shè)備，則可以起到事半功倍的效果！
