【案例分析】如何使用接地解决地环路干扰传导骚扰

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摘要:良好的接地设计不仅能保证电路内部互不干扰,而且可以减少电路的干扰发射,接地技术是解决电磁兼容问题的常用技术,成本低效果明显。然而,不恰当的接地方式也会给电路引入干扰,如地环路干扰。本文介绍电机控制器传导发射整改过程中遇到的地环路干扰案例,希望给后续EMC设计与整改带来经验和帮助。

1、地环路干扰问题的产生

在电机控制器的EMC测试整改过程中,测试传导发射低压侧正极时,32M、41M、65M出现超标,如图1所示;调试低压侧滤波参数效果不明显,考虑电机控制器在整车的安装环境以及之前的整改经验,将电机控制器外壳增加接地点,变成两点接地,32M、65M明显降低,6.1M出现超标,如图2所示,接下来针对6.1M频点做整改。

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图1、初扫结果

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图2、增加接地点后扫描结果,6.1M超标

2、地环路干扰问题的试验和分析

用频谱分析仪和近场探头定位噪声点,确定干扰来自电机控制器的DCDC输出线。DCDC模块是电机控制器内的最大干扰源,干扰很容易通过输出线缆向外传导或者直接通过空间向外辐射,甚至耦合到其他电源线、信号线,此外,DCDC输出负极通过钣金件直接接机壳,即已经和接地参考平面相连,如果处理不好,就可能导致地电位不稳。

由于电机控制器传导发射低压侧只要求测试12V/24V电源线,并不直接测试DCDC输出线,故推测6.1M干扰是DCDC模块通过线束耦合到12V/24V电源线。首先在DCDC模块的相关信号线上套铁氧体磁环,对6.1M频点没有改善;用铜箔将信号线包裹起来并粘接机壳内壁,同样没有效果;在DCDC模块的CAN通讯线上套铁氧体磁环,没有效果......

试验N多方法仍然对6.1M频点束手无策,回忆6.1M频点到底从何而来,猜想会不会是因为增加接地点引起的呢,于是尝试去掉增加的接地点,6.1M频点马上变好,如图3所示。

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图3、去掉接地点后扫描结果

将增加的接地点恢复,6.1M又超标,可以复原现象,说明6.1M处干扰确实是接地问题引起的。观察增加的接地点位置,正好在DCDC输出线正负极之间,如图4所示,机器初始的接地点如图5所示,使用铜带编织网接接地参考平面,两点接地会引起地环路干扰,6.1M超标很有可能是地环路干扰引起的。

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图4、增加的接地点的实物位置

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图5、控制器初始接地位置

当DCDC模块工作时,DC+和DC-输出线会携带很强的干扰电流,DC-直接与机壳相连。测试模型图如图6所示,当没有接地点B时,干扰电流主要通过DC输出线与接地参考平面之间的杂散电容形成回路;当在DC+和DC-之间增加接地点B时,恰好为干扰电流提供了直接的低阻抗通路,就会出现地环路电流,导致更大的共模电流,进而出现传导发射超标的现象。

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图6、测试系统模型图(接地点C是测试标准要求的:低压蓄电池负极接地)

3、地环路干扰问题的解决

地环路干扰产生的内在原因是地环路电流的存在,地环路电流是因为两个接地点的电位不同形成电压导致的。常用的解决地环路干扰问题的方法有单点接地,采用隔离变压器或光耦隔离器隔离,安装共模扼流圈增加地环路阻抗等。在本整改测试试验中,只需要将增加的接地点远离DCDC输出线,保证两个接地点的电位相近,就可以避免和减弱地环路干扰。如图7所示,将增加的接地点布置在机器的另一侧,远离干扰输出端,就可以避免6.1M超标同时抑制32M、41M和65M干扰点,如图8所示,结合其他措施,就可以通过传导发射试验。

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图7、分析后增加的接地点位置

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图8、更改接地点位置之后的扫描结果

4、总结

两点接地和多点接地很容易引起地环路干扰问题,在机器外壳有输出线缆时应尤为注意,防止接地点的电位相差过大,当频率比较低时,应尽量选择单点接地。接地技术是解决电磁兼容问题最简便成本最低的技术,同时也是最有讲究的技术,所以在设计前期多考虑接地方式、接地位置对后续EMC测试与整改会有很大帮助。

 

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