电磁兼容测试中 EUT常见问题分析

电磁兼容测试中 EUT常见问题分析

丁荣诚

上海机动车检测认证技术研究中心有限公司 上海市 201805

摘要：电子产品通常会因为线路保护接地不可靠、屏蔽设计不合理、磁环阻抗性能设置不到位以及设备孔隙密封不良好等问题导致自身抗干扰能力受到影响，在进行电磁兼容测试的过程中通常会出现数据错误、图像波动失真、信号指示错误等异常情况。产品设计人员需要正确应对设备运行期间的电磁干扰问题，通过加强测试来发现存在的问题，并通过合理设计将异常问题解决。

关键词：电磁兼容测试；被测设备；问题分析

引言：在开发电子产品的过程中，设计人员需要充分考虑产品的电磁兼容性能，避免设备使用过程中因为电磁干扰而无法正常使用。常见的电磁干扰主要有辐射发射以及传导发射两种类型。当产品测试中某种指标不合格时，工作人员可以从设备屏蔽性能、接地状态、磁环应用以及机壳孔隙紧固设计等方面进行分析，不断提升电子产品的性能质量。

1 接地问题对电磁兼容性的影响

1.1 问题案例

接地不可靠对于设备的电磁兼容测试结果存在较大影响。例如，在通过射频传导试验对某设备422串口通讯情况进行测试时，利用单端接地的双屏蔽绞线测试时结果误差较多，利用双端接地则测试数据准确率高，设备通讯接口测试正常。在通过射频传导试验对视频线进行测试时，发现显示器在3M以下的低频区段存在波纹干扰，而将显示器侧的视频线接地后，干扰消除^[1]。

1.2 案例分析

上述两种案例均是通过射频传导试验对设备进行测试时出现的，这种测试试验的本质在于将设备的引线转化为某种意义上的天线，用于感应和接收射频场发出的信号，信号由此侵入到设备内部并产生相应的扰动，然后通过射频电流与电压构建干扰设备运行的低频电磁场。双绞线对于缓解射频场产生的电磁场干扰具有重要作用。由于双绞线之间的回路面积极小，而且两相邻回路可以产生方向相反的感应电流，最终将干扰电流抵消。同时，绞节密集的双绞线具有更强的抗电磁干扰能力。上述案例提到的接地问题表明，两端接地的屏蔽层可以有效缓解电磁干扰。其工作原理为：屏蔽层接地回路中的感应电流产生与原有的信号地线回路相反的感应磁场，两磁场在相互作用下抵消，从而降低了电磁干扰。

2 屏蔽问题对电磁兼容性的影响

2.1 问题案例

在对某机箱结构的系统设备进行静电测试时，测试人员发现，对系统进行±5.5kv的接触放电时，系统的控制板会出现死机或重新启动现象；然而，测试人员在控制板周边加装一个指形的弹簧片后，在对系统进行±6.6kv的接触放电时，系统设备运行正常。

在对普通机柜进行测试时，测试人员发现机柜系统对干扰极为敏感。测试人员通过耦合加耦合的方式将群脉冲施加于机柜通讯线时，系统通讯瞬间因为脉冲干扰而无法正常工作。测试人员通过将磁环加装与机柜通讯线的两边，测试结果依然存在异常情况；测试人员将普通机柜更换为屏蔽机柜，在多次测试之后系统才出现倒机问题，在此基础上将磁环安装与机柜的通讯进线时，系统运行恢复正常。

2.2 案例分析

大多数的电子、电气产品的系统都采用了将控制、采集以及驱动面板集成在一个箱体内的机箱结构，在内部完成数据的控制、采集和交换等相关工作。然而，机箱结构在安装完成后，其中的各种面板之间往往会存在一定的空隙，而静电脉冲将会在这些空隙的基础上通过分布电容与主板之间产生耦合，进而导致控制系统故障引发系统死机或重启等问题。而上述案例中提及的指形弹簧片可以为机箱构建一个有效防止静电的屏蔽体，可以将静电干扰由表面排放至大地，避免对内部的电路板信号或电源产生干扰。

本节第二个案例所述的屏蔽机柜相对于普通机柜具有良好的屏蔽性能，其柜门以及内部的空隙都得到了有效处理。其中，屏蔽机柜设计人员通常会将导电弹簧片加装于机柜空隙处，将导电布加装于柜门与柜体连接处，最终实现对静电或群脉冲干扰的有效屏蔽。一般而言，群脉冲干扰的原理是分布电容在线路中不断积蓄能量，最终引发线路或设备的状态异常情况。而且异常情况将会不断累积和增多，在这种情况下及时对脉冲干扰进行一定程度上的控制，依然难以避免问题的出现。相对而言，群脉冲的能量较小而且上升波形的持续时间较短，往往容易引发设备误动而不是直接导致设备永久性故障^[2]。

3 磁环问题对电磁兼容性的影响

3.1 问题案例

某一机箱类设备内部包含采集、控制以及驱动等各种设备运行所需要的面板，内部布置了相应的采集线路、电源线路以及驱动线路。测试人员对系统信号采集线路施加群脉冲干扰时，全部位于采集面板上的指示灯均开始闪烁。测试人员通过后续试验发现，采集线路的输入设置有光电隔离部件，输出为12V的动态电压，干扰会导致输出电压失真，进而引发指示灯闪烁问题。当测试人员将闭合磁环加装于采集回线并再次进行测试时，指示灯只会在某一极性时闪烁，而随着磁环绕组增加至3圈，最终指示灯在测试期间始终正常。

3.2 案例分析

上述案例表明磁环可以有效抑制群脉冲对于机箱设备的干扰，设计人员需要结合实际情况在通讯线的不同部位加装磁环。然而，不同的磁环其阻抗特性也有所不同，设计人员需要结合设备的常见干扰频率对磁环截止频率进行合理设置，确保可以将干扰信号有效抑制。此外，在调整磁环阻抗特性的过程中，设计人员可以通过调整测绘的圈数来实现，而且随着磁环圈数的增加，磁环的截止频率将会逐渐降低，当频率接近于干扰信号的频率时，磁环将会具备良好的抗干扰性能。

4 设备外壳存在空隙问题对电磁兼容性的影响

4.1 问题案例

在按照测试标准对某图像设备进行电磁兼容测试时，测试人员将设备的电缆进行屏蔽后，随着测试频率增加至几十兆赫兹，图像设备的输出图像开始出现异常。后续，测试人员进一步增强屏蔽效果，并利用导电胶带将插座包裹，依然无法有效抵抗干扰。为此，测试人员将电缆一端的屏蔽层接地后，图像设备的抗干扰能力得到改善，但是依然无法避免输出异常问题。通过对设备全面检查，测试人员发现图像设备的外壳螺丝未安装，利用导电胶带封堵螺丝孔后，电磁兼容测试结果正常，图像设备不再出现异常情况^[3]。

4.2 案例分析

上述案例中的图像设备由于未将紧固螺丝加装完毕，设备外壳与本体连接处出现了影响屏蔽效果的空隙。相关研究表明，针对常规尺寸的外壳，随着其空隙长度的增加，屏蔽性能将不断减少，而且长度每增加一倍则屏蔽性能降低12dB。该图像设备的紧固螺丝未加装，从而产生较大的壳间缝隙，影响了被测设备的稳定运行。当利用导电胶带封堵壳间缝隙后，图像设备的抗干扰能力得到了加强，不再因电磁兼容测试而出现问题。

结语：综上所述，在电磁兼容测试的过程中，被测设备通常会因为接地问题、屏蔽问题、磁环应用问题以及设备外壳存在空隙等问题影响其正常使用，测试人员或设计人员需要针对问题进行精细化分析，逐渐将各类影响设备稳定运行的问题解决。

参考文献：

[1]李沙沙,褚学林.工业自动化项目中电磁兼容问题及处理方法[J].南方农机,2020(11):194-195.

[2]陈瑞君,孙健等.变电站智能组件电磁兼容特性及抑制措施研究[J].能源与节能,2016(12):2-7.

[3]张廷虎,李金波等.电磁兼容测试中被测设备常见问题浅析[J].微波学报,2012(S3):196-198.