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原创 【你还不知道吗】第九期·技术经验分享原创大赛开始啦!

EMC的仿真、测试与整改

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a422877308
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高级工程师
  • 2018-4-30 10:57:45
不知不觉已经第九期了,首先感谢21电源网提供的交流平台。从题目上看,本贴打算分享的是EMC目前最常用的一些设计方法和思路。仿真、测试、整改三个一起涵盖面有点广,水平有限,肯定不能都表达清楚,因为活动截止八月底,所以希望有足够的时间完成该贴。
首先分享一张动图,该图是采用ANSYS仿真获得的远场辐射图。除了ANSYS,下面还会用到CST。
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wszdxp2004
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  • 2018-4-30 14:56:15
 
feiyangziwo
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高级工程师
  • 2018-4-30 23:29:34
 
感觉很先进,持续关注中,
liaozhaocheng
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版主
  • 2018-5-1 10:31:28
 
长见识,期待后续
a422877308
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高级工程师
  • 2018-5-1 12:14:01
 
首先对ANSYS的仿真进行科普,省的有些人因为看不明白而失去兴趣,篇幅略长,重新开一贴。
http://bbs.21dianyuan.com/forum.php?mod=viewthread&tid=298817
下面两篇是我在微博仿真论坛发的,关于SI的,因为EMI和SI,PI有着密切的联系,SI,PI的好坏常常会直接影响到EMI结果,所以发上来以供参考。
http://bbs.rfeda.cn/read-htm-tid-110954-page-1.html
http://bbs.rfeda.cn/read-htm-tid-110975.html
a422877308
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高级工程师
  • 2018-5-1 15:04:31
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1、EMC的逆向设计
目前行业内的EMC设计多数为逆向设计,设计初期根据经验选择EMC相关措施,到产品出来后再去测试整改,逆向设计一般前期没有多少工作量,主要靠后期的整改。
整改中最常用到的设备便是频谱仪和近场探头,相信有过整改经验的都知道。这套设备是整改中非常重要的工具,能够熟练使用的人往往能够快速的找到问题的源头。下面的近场探头往往不够用,需要自制,比如用同轴线加个隔直的安规电容,再加个20DB衰减,可以直接测量电源管脚和芯片的I/O管脚,或者走线上的噪声,相对于下面的空间感应测量,这种方式测量的目标更精确。
030930243801.jpg EM5030330.jpg
cyx7610
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  • 2018-5-1 16:32:13
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持续关注。
文章大人
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  • 2018-5-2 15:19:54
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关注一下。
FHXWT
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  • 2018-5-3 07:57:55
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这个很重要  关注一下
a422877308
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高级工程师
  • 2018-5-5 22:56:15
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当用频谱仪定位噪声源头或者关键传输路径时,然后就需要采用具体方法对其进行整改了,整改的措施可谓多种多样,总结下来,就是大家常说的屏蔽、接地、滤波。一般来讲,很少有人能够一次就找到合适的方法,这里的“合适”既有解决EMI问题的部分,也有成本和是否导入生产的部分。这里分享一些个人的方法,希望能够帮到各位。
首先是传导问题,这个问题也是诸多电源工程师遇到的最主要的EMC问题。传导整改的方法无非就是那几种,无非就是滤波,吸收,控制回路,软开关等等,论坛的大神都讲了很多遍了,我就不班门弄斧了。我尝试从其它方面入手,之前做过大功率逆变设备,在高压输入的传导需要做滤波处理,产品满载功率在100kw左右,大致的拓扑如下,靠近IGBT侧的X电容为220uF的支撑电容,也就是说滤波电路中仅有一组Y电容,为了保证比较高的效率,所以IGBT没有加吸收,驱动电阻也比较小。重要的是滤波电路为无感电路,在设备工作时,负载阻抗是很低的,电容起到的滤波作用非常有限。最终导致低频300KHz以下超标。


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a422877308
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高级工程师
  • 2018-5-6 10:52:35
  • 倒数5
 
了解滤波电路设计的都知道,滤波采用的原理是阻抗的失配,所以对于低阻抗负载电路,如果要滤除线路上的噪声,需要加入高阻原件,即电感。而产品工作电流为百安培级别,绕线电感体积过大,是不可能的,那么加个磁环是否可以降低问题频段的噪声幅值呢?答案是肯定的,单电感电路截止频率的计算为R=πfL  频率f计为250KHz,R暂时采用50欧姆系统,因为实际电路阻抗是未知的(肯定小于50)
计算得到L=63.66uH,采用Filter Designer计算得到的结果,对于简单的一级L或C滤波电路,不需要软件计算,根据公式即可得到,当滤波电路变得复杂,手动计算将变得不可能完成。
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a422877308
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高级工程师
  • 2018-5-6 11:44:08
  • 倒数4
 
当知道需要什么参数的电感后,接下来就是验证哪些产品是符合要求的,经验上讲,所需磁环材质为非晶或者超微晶/坡莫合金的,具体的磁导率计算为 2018-05-06_11-22-42.png
由于具体的A和l以实际磁环尺寸为准,所以找一个尺寸相当的磁环,如下图中所示,粗略计算250KHz下磁环磁导率约为42342,这个磁导率参数,有些高磁导率的锰锌铁氧体也是可以做到的。知道所需磁材的磁导率后,剩下的就是去找供应商要样品了。
2018-05-06_11-32-04.png
a422877308
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  • 2018-5-6 12:19:05
  • 倒数3
 
采用CST对该磁环进行仿真,可以看到一圈的感值为69.15uH,之前计算的感值为63.66uH,误差的原因在于上面厂商给出的磁环尺寸造成的,理论的磁路长度并不是ID和OD的平均值,而是下面的公式。
2018-05-06_12-08-00.png 2018-05-06_12-08-30.png 2018-05-06_12-15-07.png
闭合磁路的磁环实际上不需要进行仿真,从仿真结果上可以看出基本上与手算是相吻合的,当磁环为工程上经常用到的扣式,甚至CD型的,U型开口的,手算的误差就变得比较大了。


a422877308
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  • 2018-5-6 12:26:41
  • 倒数2
 
当然,实际厂商不可能根据客户需要专门去研发一款对应参数的磁材料出来,往往是EMC工程师从众多厂家中挑选合适的磁环。而供应商常常对EMC工程师提出的要求无法满足,一方面是供应商对于自己产品的不了解,另一方面在于目前国内材料行业的落后。所以需要有相关的测量设备验证样品是否符合要求。
比如下面的磁环,是我找到为数不多的磁导率较高的样品。

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a422877308
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高级工程师
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  • 2018-5-6 12:43:34
  • 倒数1
 
幸运的是由于产品负载是低阻的,该磁环可以有效降低250KHz附近的噪声。
其实上面的仿真和LCR电桥在实际整改中可以不需要,只要公司有钱,可以在实验室尽情的尝试,总会找到合适的磁环,但是这将花费很多精力,而且外面实验室测试费用是昂贵的。成本上不如自己采购电桥、频谱仪等等设备。讲到这里不得不吐槽一下,目前众多的企业并不重视硬件研发上设备仪器的投入,精密电桥、进口的示波器、频谱仪是多数人的奢望。结果不得不在在产品的测试整改上花费大量的时间和金钱,重要的是没有专业工具辅助的工程师,往往不能抓住重点,因此影响个人技术积累。不幸的是上面的精密电桥是外面实验室的,我们公司也是严重缺乏设备投入,仅有一台罗德的示波器算得上能拿的出手,剩下的都是周立功,频谱仪也是垃圾,近场探头还是临时借的,而且功放模块坏了,在debug时候总是头疼的要死。
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