陆旭

摘要：电磁兼容（EMC）设计是关系到设备自身和使用环境的一个重要指标，随着军用设备的环境越来越严格，对于电磁兼容的要求也逐渐提高，每一型产品都需要通过GJB151B的多项测试。本文通过对CE102这项指标进行分析，提出一种电源EMC设计方法，从而设计出了一种良好的电源滤波器，提高了产品的电磁兼容性能。

关键词：EMC;电磁兼容;CE102;滤波器

1 引言

电磁兼容Electromagnetic Compatibility（EMC），也叫电磁兼容性，一般包含两部分。一是设备受同一环境下的其他设备的电磁干扰;二是设备干扰同一环境下的其他设备 ^[1]。随着科学技术的不断发展，电子设备的体积越来越小，大量的集成电路设计在狭小的空间，这将使电路相互产生更加严重的电磁干扰^[2]。为了确保整个系统准确、可靠地工作，电路设计中的电磁兼容设计越来越受到设计人员的关注和重视，尤其是作为设备的“心脏”--电源设计。电源的电磁特性是进行电源设计时必须考虑的关键问题，对电源的电磁兼容性进行定量分析和设计是整个系统设计中的重要一环。对于电源线传导发射（CE102）测试项的指标优化，通常采用加装合适的电源滤波器的方法。

2 电磁兼容试验

2.1 电源线传导发射（CE102）试验

CE102测试项是GJB151B中重要的试验项目之一^[3]。军工设备出现CE102超标的情况相对GJB151B中的其他测试项目往往要更多一些。CE102测试的是频率为10kHz～10MHz电源线传导发射，这种频率的干扰会降低电源的品质，从而使产品上的电源不能满足有关标准的要求。此种频率的干扰通常是由于数字电路通过开关电源传递到电源线上。CE102测试试验按图1所示的方式连接测试设备与受试产品，按GJB151B-2013规定的方法进行测试。

对使用原电源滤波器的产品进行CE102试验，结果如图2所示。

从图2可知，在10kHz～10MHz范围内，产品通过电源线对外辐射的信号在225kHz和300kHz处，超出指标要求。

2.2 CE102测试项问题分析

外部电源经过产品电源接口接入，经过电源滤波组件后成为产品的二次电源，如图3所示。

经过分析发现，二次电源1的DC/DC模块（J）IMLF2-18S15-J的开关频率为250kHz±20kHz，二次电源2的DC/DC模块（J）IMLF2-A2S24-J开关频率为320kHz±20kHz，对应电源线对外辐射的信号在225kHz和300kHz处超出指标。所以CE102超指标频率为产品二次电源DC/DC模块开关频率。

3 电源EMC设计

3.1 电源滤波器设计

电源滤波器一般安装在电源电路的输入和输出之间。电源滤波器可以滤除来自于外界的干扰，也能滤除来自产品内部的骚扰^[4]。采用EMI滤波器能有效抑制传导干扰，其主要作用是抑制开关频率及其高次谐波的噪声。本次设计的电源滤波器用来替换产品原有的电源滤波器，从而解决CE102测试项问题。

在图3所示A位置，使用示波器检测电源信号，发现在频率200kHz～300kHz处，信号强度大约为-48dBV，B位置约为-28dBV。由于产品二次电源DC/DC模块开关频率，使225kHz～300kHz处超出指标要求，只要使B位置信号强度至少减弱25dBV，就可以解决CE102测试项出现的超标问题。具体解决思路是去掉图3中两个滤波器，设计一种EMI滤波器替换。

EMI滤波器放置于图3所示A位置和B位置之间，由串联电感器和并联电容器组成低通滤波器。本设计主要考虑将频率在150kHz～350kHz的传导型电磁环境衰减至合理范围内，频率在150kHz～350kHz的电磁干扰属于射频干扰，从形成特点分为差模干扰和共模干扰。电源设计中，首先设计出基础的电磁干扰滤波电路，如图4所示，27V直流电经过电磁干扰滤波电路后作为产品二次电源。

L1为共模扼流圈，当出现共模干扰时，由于两个线圈磁通方向相同，经过耦合总电感量迅速增大，因此对共模信号呈现很大的感抗^[5]。C2、C3 為共模抑制抑制电容，中间接地，主要用来滤除共模干扰;C1、C4 为差模抑制电容，可有效抑制差模干扰。为了方便计算滤波器的参数值，将滤波器设计成二阶滤波器，本次设计EMI滤波器原理图如图5所示，直接按照EMI所需的衰减量和40dB/dec的衰减率计算出最低的转角频率^[6]。

设计的滤波器参数LC可以通过公式3.1计算得到，该方法容易造成EMI滤波器设计不准确，后期需要根据试验结果微调电感值。电容值已设计时确定，根据公式可计算出电感值。

（3.1）

其中，为EMI所需的衰减量。

经过计算得出电感值为15mH。使用示波器检测B位置电源信号，信号强度大约为-68dBV，对比从前减弱了40dBV，完全满足信号减弱要求。所以在产品二次电源供电线路上使用15mH的电感是解决CE102试验问题的有效措施。

3.2 安装EMI滤波器后的CE102试验

对使用新电源滤波器的产品进行CE102试验，结果如图6所示。

从图6可知，在10kHz～10MHz范围内，产品通过电源线对外辐射的信号都没有超出指标要求。试验结果合格，CE102项目通过考核。

4 结 论

电磁兼容性试验是检验产品合格性的重要方法，将试验中发现的问题反馈到系统设计中，优化系统设计，从而提高产品性能。本产品的CE102问题是由二次电源DC/DC模块开关频率引起，试验结果表明通过设计专用EMI滤波器成功解决了CE102问题。

参考文献

[1] 白同云.电磁兼容设计[M].2版.北京：北京邮电大学出版社，2011.

[2] 何光平，朱浩冰，林敬长，林振全. 30MHz～1000MHz辐射骚扰场强实验室间比对分析[J].电子质量，2015.

[3] 中国人民解放军总装备部电子信息基础部. GJB151B-2013军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量[S]. 北京：中国人民解放军总装备部，2013.

[4] 蔡骏，王旭东.车载电子信息系统电磁兼容性试验方法[J].指挥信息系统与技术，2014.

[5] 李小亮，董雪峰.脉冲电容试验装置控制系统电磁兼容设计[J]. 电子设计工程，2016.

[6] 林荣鼎.通信系统中开关电源的EMC设计分析[J]. 移动通信，2014.

（作者单位：贵州航天电子科技有限公司）