某产品开关电路增加RC吸收解决辐射超标案例
01 问题描述
某电力产品在实验室进行辐射骚扰测试时，结果不满足CLASSB标准要求，如图1所示。
图1 30MHz～1GHz辐射原始频谱
从图1可以看出，产品辐射骚扰在40MHz-200MHz之间超标，最大超标约5dB，实验不通过。
02 故障诊断
如图1，产品辐射骚扰在40MHz-200MHz超标，根据频率与波长的关系，应该为线缆的辐射问题，另超标频谱为宽带包络，因此怀疑AC220V电源线辐射。考虑到在超标频段镍锌铁氧体磁环有很好的抑制效果，因此，在AC220V电源线上增加磁环进行诊断。
当电源线增加镍锌铁氧体磁环后，重新测试产品的辐射发射，结果没有改善，此时产品还连接有通信线缆，那么，断开产品通信连接线进行验证，测试结果如图2所示。
图2 拔掉产品通信连接线的辐射
从图2可以看出，断开产品通信连接线，可以满足CLASS B要求，确认产品内部干扰通过通信线向外辐射，导致整机辐射超标。
打开机壳，查看产品内部结构，其有两块单板，电源板和主板，两块单板采用层叠结构布置，上面为开关电源板，下面为主板，如图3所示。
图3 电源板和主板层叠布置
从图3可以看出，两块单板层叠布置，且开关电源电路正好在通信接口正上方，开关电源工作在高频开关状态，工作时会产生很强的干扰，如果其和通信电路就近布置，则干扰可能耦合到通信电路并通过通信线缆辐射出去。
03 原因分析
产品为反激开关电源，其原理图如图4所示。
图4 开关电源原理图
反激开关电源的开关管、高频变压器、整流二极管是强干扰源，整流二极管管寄生电容会与变压器次级漏感产生振荡，这种振荡在整流管dv/dt和二极管反向恢复电流影响下，引起整流管反向电压尖峰，由于尖峰瞬变频率很高，因此会产生高频干扰。测试整流二极管两端波形，如图5所示。
图5 输出整流二极管波形
从图5可以看出，整流二极管存在较大的振荡，振荡频率达到1MHz且振荡衰减时间较长，因此确定二极管振荡是辐射超标的原因。
04 整改措施
在整流二极管两端设计RC吸收电路，减小二极管产生的尖峰振荡，如图6所示。
图6 输出整流二极管增加RC吸收
由于吸收电路中电容器的端电压不能突变，尖峰电压脉冲能量转移到电容器中储存，然后电容器的储能通过电阻消耗或返回电源，起到缓冲吸收电压尖峰的作用，以及减少尖峰振荡。二极管两端加RC吸收后波形如图7所示。
图7 整流二极管增加RC吸收后波形
从图7可以看出，二极管两端增加RC吸收后，振荡频率及衰减时间明显减小，表明RC吸收电路有抑制效果。
05 实践效果
整改后在标准实验室测试，结果如图8所示，可以看出40MHz-200MHz超标频段大幅改善，满足CLASSB要求，试验通过。
图8 产品整改后辐射发射
点评
根据电磁干扰三要素，EMC问题解决的手段多种多样，可谓仁者见仁，智者见智。在所有电磁干扰源里面，开关电源无疑具有重要的地位，特别是反激开关电源的整流二极管，其反向恢复特性引发的高频振荡，往往导致开关电源高频辐射超标。本案例针对二极管寄生振荡导致的通信线缆辐射，传统手段可能I/O接口加滤波、线缆加磁环等等解决，大费周折，本文摒弃传统思维禁锢，直接从电路源头进行整改，通过设计RC吸收电路抑制干扰源能量成功化解。本文的方法和思路启示我们，只有站在高处，才能看到胜景也！
