鐵氧體磁環(huán)妙用解決某產(chǎn)品輻射超標整改案例

來源：EMC容冠電磁更新時間：2024-07-21 閱讀：

【摘要】本案例產(chǎn)品輻射騷擾超標，后通過優(yōu)化磁環(huán)選型和應(yīng)用成功化解。本案例系統(tǒng)總結(jié)了磁環(huán)的選型思路和應(yīng)用方法，全文思路清晰，滴水不漏，讀來讓人如撥云見日！

0. 前言

磁環(huán)在電磁兼容(EMC)實驗室既遍地皆是，同時也是大哥般的存在，如果要調(diào)查下工程師最喜愛的EMI抑制器件，磁環(huán)說第二，絕對沒有哪個器件敢說第一！但與其地位嚴重不符的是，磁環(huán)的應(yīng)用方法，業(yè)界和工程師卻沒有清晰的思路，現(xiàn)場整改時這個試試，那個也試試，碰運氣和撞大運的成分居多。如何破解，本文以案例方式進行了歸納和總結(jié)。

1. 問題描述

某國外醫(yī)療產(chǎn)品需要在國內(nèi)市場銷售，在國內(nèi)進行醫(yī)療產(chǎn)品認證時，其輻射騷擾在60MHz和130MHz左右超標，現(xiàn)場工程師在AC220V電源線纜增加大量不同種類的磁環(huán)都沒有改善，如圖1所示。

圖1 30MHz～1GHz輻射騷擾原始頻譜

從圖1可以看出，產(chǎn)品輻射騷擾在60MHz左右，最大超標約1dB，不滿足標準要求，實驗不通過。

2. 故障診斷——磁環(huán)加哪里？

產(chǎn)品為便攜式醫(yī)療設(shè)備，由AC220V和電池供電。測試時工程師在AC220V電源線加磁環(huán)無改善，再次確認時直接拔掉AC220V電源線，使用電池為產(chǎn)品供電，此時測試輻射騷擾，前后結(jié)果無任何改變，因此確認產(chǎn)品輻射騷擾和AC220V電源線無關(guān)。

打開機殼，使用頻譜分析儀和近場探頭在機殼內(nèi)部單板、線纜等處查找電磁干擾源，當近場探頭置于電池電源線時，在所關(guān)心的60MMHz和130MMHz左右電磁干擾陡然增大，如圖2、圖3所示。

圖2 引起EMI(電磁干擾)問題的電池電源線

圖3 電池電源線電磁干擾

對比圖1和圖3的頻譜，可以看出近場測試和標準實驗室測試兩者的結(jié)果非常接近，因此懷疑電池電源線引起的輻射超標，進一步驗證，當而拔掉電池電源線時，近場測試的電磁干擾幅度大幅度減小，因此可以斷定引起產(chǎn)品輻射超標的為電池電源線。

3. 原因分析

從圖4可以看出，電池電源線緊貼AC220V開關(guān)電源板。

圖4 電池電源線緊貼開關(guān)電源板

開關(guān)電源板為單面板，頂層為器件，底層為布線，當開關(guān)電源工作時，其一直處于高頻開關(guān)工作狀態(tài)，此時電路中存在強烈的電壓和電流變化，即du/dt≠0，或者di/dt≠0。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，變化的電壓或者電流產(chǎn)生變化的電磁場，變化的電磁場可以在環(huán)路里面感應(yīng)出電壓和電流，那么電池電源線緊貼開關(guān)電源板底層布線層，空間距離很近，因此，開關(guān)電路產(chǎn)生的電磁場，將在電池電源線上感應(yīng)出噪聲，由于電池電源線較長（約50mm），此時就構(gòu)成了很好的輻射發(fā)射天線，從而產(chǎn)生電磁干擾。

4. 整改措施——磁環(huán)加那個？

本產(chǎn)品為國外產(chǎn)品，無任何硬件電路圖和技術(shù)支持工程師，因此為避免大動干戈損壞產(chǎn)品，選擇使用磁環(huán)的整改方案。

鐵氧體磁環(huán)是一種吸收損耗型元件。在低頻段，鐵氧體呈現(xiàn)出非常低的感性阻抗值，不影響數(shù)據(jù)線或信號線上有用信號的傳輸。而在高頻段，阻抗增大，其感抗分量仍保持很小，電阻性分量卻迅速增加，當有高頻能量穿過磁性材料時，電阻性分量就會把這些能量轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉。

首先查看頻譜圖，產(chǎn)品超標頻段為60MHz-130MHz，因此要求磁環(huán)在本頻段有較高的阻抗，查看磁環(huán)規(guī)格書，如圖5所示。