一款T8灯管EMC测试不过问题分析与解决办法

[现象描述]

T8 灯管传导骚扰测试的结果如图所示：

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图1

根据传导测试数据可见该产品不能达到 EN55015 标准中规定的限值要求。

[原因分析]
对开关电源来说，开关电路（主要由开关管和高频变压器组成）产生的电磁骚扰是开关电源的主要骚扰之一。开关电路产生的是脉冲信号，这种脉冲骚扰产生的主要原因是开关管负载为高频变压器初级线圈，是感性负载。在开关管导通瞬间，由于初级线圈的漏磁通，致使一部分能量没有从初级线圈传输到次级线圈，储藏在电感中的这部分能量将和集电极电路中的电容，电阻形成带有尖峰的衰减振荡，叠加在判断电压上，形成关断电压尖峰。这种电源电压中断会产生与初级线圈接通时一样的磁化冲击电流瞬变，这个噪声会传导到输入 / 输出端，形成传导骚扰，重者有可能击穿开关管。
为了便于分析，在本案例中，把这种脉冲信号适当简化，用图 2 所示的脉冲信号表示，脉冲信号的基频为 150KHz ，并且图 2 也示出了该周期脉冲信号的频谱包络曲线。如果根据傅里叶级数展开的方法，可用下面公式计算出信号所有各次谐波的电平。可见，开关电路产生的脉冲信号是由很多不周频率分量的信号组成的。
A_n=2U₀T_W/T{sin(n F₀T)/(n f ₀ T)} {sin(n F ₀ tr)/(nf ₀ t _r )}

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图2

式中， A_n 为脉冲中第 N 次谐波的电平； F₀ 脉冲信号的基频； U₀ 为脉冲的电平； T 为脉冲串的周期； t_w 冲宽度； t_r 脉冲的上升时间。
虽然开关电源具有各式各样的电路形式，但它们的核心部分都是一个高电压、大电流的受控脉冲信号源。假定某 PWM 开关电源脉冲信号的主要参数为： U₀=500V,T=2X10^-5S,TW=10^-5S,t_r0.4=10^-6, 则其谐波电平如图
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图3

图 3 中开关电源内脉冲信号产生的谐波电平，对于其他电子设备来说就是 EMI 信号，这些谐波电平可以从对电源线的传导骚扰（频率范围为 0.15~30MHz ）和辐射发射（频率范围为 30~1000MHz ）的测量中反映出来。在图中，基波电平约 160dBuV,500MHz 约 30 dBuV ，所以，要把开关电源的 EMI 电平都控制在标准规定的限值内，是有一定难度的。
既然开关电路是开关电源的核心，而且它产生的 dU/dt 是具有较大辐度的脉冲，频带较宽且谐波丰富。这是很改变的事实，但是它的会车路径是可控的。所以，对于开关电源来说，控制骚扰的传输路径也是开关电源 EMC 设计的一个重要部分。
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图4
通过图 4 可以看出在本案例中，带有PF值电路，且已经加了共模电感和差模电容进行滤波处理，但测试结果依然很差。原因是 LAY 工程师犯了致命的两个问题。 1 是差模电容容量太小和共模电感采用不当。 2 是走线错误。
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图5差模干扰形成原理

如图 5 可知，由于线间存在分布电布， DC 端的干扰直接通过分布电容耦合到了 AC 端，形成大小相等方向相反的差模干扰电流，并没有经过差模电容和共模电感，所以滤波器在这里起到的作用就大打折扣了。
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图6共模干扰形成原理

由于 PCB 板是装在灯的铝合金外壳里面，外壳正好接保护地，通过图 6 分析可知，共模干扰通过分布电容很容易就耦合到了外壳上，形成大小相等方向相同的共模干扰电流回路。
[处理措施]
通过以上分析，将布局做了适当修改，以切断干扰源与前级电路的容性耦合途径。去掉之前板上的滤波器，差模电容改为 0.22uF ，共模电感改为 33mH ，在共模电感后面 L 、 N 对地并 Y222 电容。安装后如图 7 所示：
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图7

修改后再进行测试，数据如下：
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图8整改后的传导发射测试频谱图

由图 8 中的曲线和测试数据可知，测试通过。
[思考和启示]
虽然滤波器件都有加，但安装位置不对和参数不正确 EMC 测试依然不能通过。 EMC 电路设计的合理性是每个研发工程师必须掌握技能。

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