某產品輻射超標整改案例
問題描述
某國外醫療產品需要在國內市場銷售，在國內進行醫療產品認證時，其輻射騷擾在60MHz和130MHz左右超標，現場工程師在AC220V電源線纜增加大量不同種類的磁環都沒有改善，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。
問題診斷
產品為便攜式醫療設備，由AC220V和電池供電。測試時工程師在AC220V電源線加磁環無改善，再次確認時直接拔掉AC220V電源線，使用電池為產品供電，此時測試輻射騷擾，前后結果無任何改變，因此確認產品輻射騷擾和AC220V電源線2無關。
打開機殼，使用頻譜分析儀和近場探頭在機殼內部單板、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問題的電池電源線
圖3 電池電源線電磁干擾
問題分析
從圖4可以看出，電池電源線緊貼AC220V開關電源板。
圖4 電池電源線緊貼開關電源板
開關電源板為單面板，頂層為器件，底層為布線，當開關電源工作時，其一直處于高頻開關工作狀態，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。根據法拉第電磁感應定律，變化的電壓或者電流產生變化的電磁場，變化的電磁場可以在環路里面感應出電壓和電流，那么電池電源線緊貼開關電源板底層布線層，空間距離很近，因此，開關電路產生的電磁場，將在電池電源線上感應出噪聲，由于電池電源線較長（約50mm），此時就構成了很好的輻射發射天線，從而產生電磁干擾。
整改措施
本產品為國外產品，無任何硬件電路圖和技術支持工程師，因此為避免大動干戈損壞產品，選擇使用磁環的整改方案。
鐵氧體磁環是一種吸收損耗型元件。在低頻段，鐵氧體呈現出非常低的感性阻抗值，不影響數據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化為熱能耗散掉。
首先查看頻譜圖，產品超標頻段為60MHz-130MHz，因此要求磁環在本頻段有較高的阻抗，查看磁環規格書，如圖5所示。
圖5 鐵氧體磁環規格書
從圖5可以看出，型號為74271112磁環，在關心的超標頻段，當線圈繞2匝時阻抗高達800Ω/100MHz左右，根據經驗，所選的磁環阻抗滿足濾波需求，其頻率阻抗特性如圖6所示。
圖6 磁環頻率阻抗特性圖
整改效果
根據前面的整改措施，將電池電源線在磁環上繞2匝，以抑制電池電源線的輻射，如圖7所示。
圖7 電池電源線加磁環繞2匝
合攏整機進行輻射騷擾測試，此時在所關心的頻段電磁干擾改善約12dB，實驗通過，如圖8所示。
圖8 電池電源線加磁整改后輻射
整改總結
磁環在EMC實驗室可以說遍地皆是，如果要調查下工程師最喜愛的EMI抑制器件，磁環說第二，絕對沒有那個器件敢說第一，簡直乃神一樣的存在！但與其地位嚴重不符的是，磁環的應用方法，業界和工程師卻沒有清晰的思路，現場整改時，這個試試，那個試試，碰運氣和撞大運的成分居多。本文通過實戰案例，系統的總結了磁環的選型思路和應用方法，全文思路清晰，滴水不漏，讀來讓人如撥云見日，受益匪淺！
