某系統輔助伺服驅動引發的輻射發射超標案例

1.問題描述

某產品在實驗室進行GJB151B陸軍地面設備的輻射發射測試時，在10KHz- 200MHz頻段超標，最大超標達到96dB，實驗不通過。企業工程師驗證了各種整改方案效果不佳。

圖1 10KHz～200MHz輻射發射原始頻譜

2.故障診斷

查看整個測試系統，其由伺服驅動器、位置反饋裝置、伺服電機、被測設備XX等組成，主要功能是按控制命令的要求，驅動裝置輸出力矩、速度和位置信息，控制XX設備快速、高精度、自動瞄準目標等功能。

經過與產品工程師溝通和分析，本次被測設備為XX（EUT），其余互聯的設備均為實現被測設備功能的輔助設備，因此，將輔助設備排除在本次測試考核范圍之外，那么明確需要測試的EUT，將系統分為被測設備和輔助設備兩部分，兩者之間通過長約5米的屏蔽線纜連接，如圖2所示。

圖2 測試系統組成框圖

從圖2可以看出，將測試系統分為輔助設備和被測設備之后，此時伺服驅動器為輔助測試設備。伺服驅動器由于存在高頻的開關電路,它的脈沖電流和電壓具有很豐富的諧波，由于寄生參數效應，會通過線纜產生很強的電磁干擾，因此，可以確定測試系統電磁干擾源主要為伺服驅動器，和被測設備無關，整改時應重點關注伺服驅動器。

原因分析

伺服驅動器是整個測試系統的電磁干擾源，線纜也是重要的電磁干擾耦合途徑，因此整改時需要從伺服驅動器源頭進行抑制，降低干擾源。

查看伺服驅動器殼體，機箱使用的是金屬屏蔽機箱，但機箱縫隙、連機器I/O插座、通風孔等等設計時未考慮EMC，開口有效尺寸很大，容易產生電磁泄漏，不能起到良好的屏蔽作用。

另外，伺服驅動器有輸入AC380V、輸出VUW、旋變信號等等多根互聯線纜與被測設備連接，如圖3所示。此時互聯的線纜容易耦合伺服驅動器的電磁干擾而成為高效輻射的天線。

綜上所述，伺服驅動器殼體和線纜都是電磁輻射的途徑。

圖3 伺服驅動器接口原理圖

從圖3可以看出，伺服驅動器信號線無電磁干擾濾波，查看其規格書，輸入和輸出電源濾波器為選配零件，而本系統未加配置，因此，伺服驅動器所有互聯線纜均未濾波，必然存在很大的風險。

整改措施

本系統被測設備測試時需要連接輔助設備，那么，正式測試前需要優先處理好輔助設備，避免輔助設備的電磁干擾影響測試結果，歸納總結下針對本系統輔助設備EMI整改方案如下：

伺服驅動器（輔助設備）放置在暗室外部；

伺服驅動器AC380V輸入和UWV輸出加電源濾波器；

30MHz以下線纜加非晶和錳鋅磁環；

30MHz以上線纜加鎳鋅鐵氧體磁環；

互聯屏蔽線纜360度端接。

以上整改措施分別如圖4、5、6所示。

圖4 輔助設備放置在暗室外部

如圖4，除過被測設備XX外，將圖2所示的所有輔助設備包括伺服驅動器都放置在暗室的外部，排除以上設備自身殼體對外的電磁輻射，從而影響被測設備輻射測試的結果。

圖5 輔助設備伺服驅動器電源和信號線纜濾波（暗室外）

如圖5，將輔助設備放置在暗室外部，但輔助設備和暗室內部被測設備之間還有互聯線纜，所以，還需要抑制輔助設備的干擾避免沿著線纜進入暗室內部。在AC380V輸入和驅動UWV輸出增加伺服濾波器，另外，互聯信號線纜分別增加錳鋅和鎳鋅磁環，抑制沿著線纜傳導的干擾。

圖6 互聯信號屏蔽線纜360度端接

如圖6，輔助設備和被測設備的互聯線纜是屏蔽線纜，將屏蔽層和金屬連接器360°導電搭接，以提高屏蔽線纜屏蔽效果。

5實踐效果

按照以上方案整改后進行輻射發射測試，此時在所關心的頻段電磁干擾改善非常明顯，裕量很大，如圖7所示。

圖7 整改后輻射發射測試頻譜

【島主點評】

EMC測試時，輔助設備是為了監控被測設備工作狀態或者為了實現被測設備功能而增加的陪測設備，理應不在EMC測試考核范圍之內，但往往很多EMC測試的失敗輔助設備卻難逃干系，之所以如此，主要是工程師測試時常常將輔助設備和被測設備混為一談，明明要考核甲，卻因為乙瞎折騰。本文通過實戰案例，深刻揭示了輔助設備對EMC測試結果的重大影響。本文的思路和方法啟示我們，在正式進行EMC測試前，優先處理好輔助設備，則可以起到事半功倍的效果！

審核編輯：湯梓紅