某系统辅助伺服驱动引发的辐射发射超标案例

1. 问题描述

某产品在实验室进行GJB151B陆军地面设备的辐射发射测试时，在10KHz- 200MHz频段超标，最大超标达到96dB，实验不通过。企业工程师验证了各种整改方案效果不佳。

图1 10KHz～200MHz辐射发射原始频谱

2. 故障诊断

查看整个测试系统，其由伺服驱动器、位置反馈装置、伺服电机、被测设备XX等组成，主要功能是按控制命令的要求，驱动装置输出力矩、速度和位置信息，控制XX设备快速、高精度、自动瞄准目标等功能。

经过与产品工程师沟通和分析，本次被测设备为XX（EUT），其余互联的设备均为实现被测设备功能的辅助设备，因此，将辅助设备排除在本次测试考核范围之外，那么明确需要测试的EUT，将系统分为被测设备和辅助设备两部分，两者之间通过长约5米的屏蔽线缆连接，如图2所示。

图2 测试系统组成框图

从图2可以看出，将测试系统分为辅助设备和被测设备之后，此时伺服驱动器为辅助测试设备。伺服驱动器由于存在高频的开关电路,它的脉冲电流和电压具有很丰富的谐波，由于寄生参数效应，会通过线缆产生很强的电磁干扰，因此，可以确定测试系统电磁干扰源主要为伺服驱动器，和被测设备无关，整改时应重点关注伺服驱动器。

3. 原因分析

伺服驱动器是整个测试系统的电磁干扰源，线缆也是重要的电磁干扰耦合途径，因此整改时需要从伺服驱动器源头进行抑制，降低干扰源。

查看伺服驱动器壳体，机箱使用的是金属屏蔽机箱，但机箱缝隙、连机器I/O插座、通风孔等等设计时未考虑EMC，开口有效尺寸很大，容易产生电磁泄漏，不能起到良好的屏蔽作用。

另外，伺服驱动器有输入AC380V、输出VUW、旋变信号等等多根互联线缆与被测设备连接，如图3所示。此时互联的线缆容易耦合伺服驱动器的电磁干扰而成为高效辐射的天线。

综上所述，伺服驱动器壳体和线缆都是电磁辐射的途径。

        图3 伺服驱动器接口原理图

从图3可以看出，伺服驱动器信号线无电磁干扰滤波，查看其规格书，输入和输出电源滤波器为选配零件，而本系统未加配置，因此，伺服驱动器所有互联线缆均未滤波，必然存在很大的风险。

4. 整改措施

本系统被测设备测试时需要连接辅助设备，那么，正式测试前需要优先处理好辅助设备，避免辅助设备的电磁干扰影响测试结果，归纳总结下针对本系统辅助设备EMI整改方案如下：

• 伺服驱动器（辅助设备）放置在暗室外部；

• 伺服驱动器AC380V输入和UWV输出加电源滤波器；

• 30MHz以下线缆加非晶和锰锌磁环；

• 30MHz以上线缆加镍锌铁氧体磁环；

• 互联屏蔽线缆360度端接。

以上整改措施分别如图4、5、6所示。

     图4 辅助设备放置在暗室外部

如图4，除过被测设备XX外，将图2所示的所有辅助设备包括伺服驱动器都放置在暗室的外部，排除以上设备自身壳体对外的电磁辐射，从而影响被测设备辐射测试的结果。

图5 辅助设备伺服驱动器电源和信号线缆滤波（暗室外）

如图5，将辅助设备放置在暗室外部，但辅助设备和暗室内部被测设备之间还有互联线缆，所以，还需要抑制辅助设备的干扰避免沿着线缆进入暗室内部。在AC380V输入和驱动UWV输出增加伺服滤波器，另外，互联信号线缆分别增加锰锌和镍锌磁环，抑制沿着线缆传导的干扰。

图6 互联信号屏蔽线缆360度端接

如图6，辅助设备和被测设备的互联线缆是屏蔽线缆，将屏蔽层和金属连接器360°导电搭接，以提高屏蔽线缆屏蔽效果。

5. 实践效果

按照以上方案整改后进行辐射发射测试，此时在所关心的频段电磁干扰改善非常明显，裕量很大，如图7所示。

图7 整改后辐射发射测试频谱

点评

EMC测试时，辅助设备是为了监控被测设备工作状态或者为了实现被测设备功能而增加的陪测设备，理应不在EMC测试考核范围之内，但往往很多EMC测试的失败辅助设备却难逃干系，之所以如此，主要是工程师测试时常常将辅助设备和被测设备混为一谈，明明要考核甲，却因为乙瞎折腾。本文通过实战案例，深刻揭示了辅助设备对EMC测试结果的重大影响。本文的思路和方法启示我们，在正式进行EMC测试前，优先处理好辅助设备，则可以起到事半功倍的效果！