胡劍文，姚勝，魏偉，梁珺，楊政

（ 1.合肥產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院/國(guó)家家用電器產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心（安徽）/安徽省電子電氣產(chǎn)品電磁兼容測(cè)試分析中心，安徽 合肥 230088；2.合肥聯(lián)寶信息技術(shù)有限公司，安徽 合肥 231100 ）

0 引言

LED顯示主控板在不同的產(chǎn)品和領(lǐng)域所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)并不相同。應(yīng)用于家用電器領(lǐng)域需滿足標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4343.2-2020試驗(yàn)等級(jí)要求，應(yīng)用于醫(yī)療器械行業(yè)，需滿足標(biāo)準(zhǔn)YY 0505-2021試驗(yàn)要求。本文對(duì)LED顯示主控板EMC抗擾度電快速瞬變脈沖群（EFT）測(cè)試異?，F(xiàn)象進(jìn)行分析，基于測(cè)試原理提出優(yōu)化方案和建議。

1 概述

目前，國(guó)內(nèi)EFT檢測(cè)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)采用GB/T 17626.4-2018版，等同采用IEC 61000-4-4：2012，目的是為了評(píng)估電氣和電子設(shè)備的供電電源端口、信號(hào)、控制盒接地端口等受EFT干擾時(shí)的性能確定一個(gè)共同的能再現(xiàn)的評(píng)定依據(jù)[1]。

本文研究的主控板應(yīng)用于大米色選機(jī)產(chǎn)品，適用于指示噴閥的工作狀態(tài)，每塊LED顯示主控板指示1個(gè)通道，60路噴閥的工作狀態(tài)。噴閥動(dòng)作時(shí)，主控板對(duì)應(yīng)的LED燈珠閃亮。

主控板實(shí)物圖如圖1所示。

圖1 主控板實(shí)物圖

2 異?，F(xiàn)象

為便于操作人員觀察，LED顯示主控板安裝于色選機(jī)設(shè)備的前門蓋或側(cè)面板。由于其電路功能的特殊性，同時(shí)對(duì)多路噴閥動(dòng)作，故對(duì)整機(jī)進(jìn)行EFT測(cè)試時(shí)，電快速瞬變脈沖電壓由設(shè)備AC 220 V供電線以異步方式注入，測(cè)試等級(jí)為2 kV/5 kHz。啟動(dòng)噴閥自檢，正常情況下，LED從左至右，依次閃亮。

EFT測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)顯示異常，同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)甚至整排同時(shí)異常閃亮，如圖2所示。因此，判定注入的電快速瞬變脈沖群干擾導(dǎo)致該顯示主控板的功能出現(xiàn)異常，不能滿足性能判據(jù)A類的評(píng)定。

圖2 EFT測(cè)試異?，F(xiàn)象

GB/T 17626.4-2018對(duì)評(píng)定依據(jù)的分類如下：

性能判據(jù)A：在制造商、委托方或購(gòu)買方規(guī)定的限值內(nèi)性能正常；

性能判據(jù)B：功能或性能暫時(shí)喪失或降低, 在騷擾停止后能自行恢復(fù), 不需要操作者干預(yù)；

性能判據(jù)C：功能或性能暫時(shí)喪失或降低, 但需操作人員干預(yù)才能恢復(fù)；

性能判據(jù)D：因設(shè)備硬件或軟件損壞, 或數(shù)據(jù)丟失而造成不能恢復(fù)的功能喪失或性能降低。

3 改進(jìn)建議

基于EFT試驗(yàn)特點(diǎn)及該顯示主控板電路圖，從原理設(shè)計(jì)和PCB布局布線等方面進(jìn)行產(chǎn)品優(yōu)化。EFT測(cè)試為典型共模信號(hào)干擾，根據(jù)EFT干擾波形的特點(diǎn)，其端接50 Ω單脈沖波形上升時(shí)間為5 ns，半波時(shí)間為50 ns，脈沖間隔小于1 ms，脈沖群間隔小于1 s，則EFT測(cè)試過(guò)程中必然產(chǎn)生較為嚴(yán)重的空間輻射干擾。對(duì)于EFT干擾的抑制，需要對(duì)干擾的傳導(dǎo)路徑和輻射路徑均予以處理。對(duì)于傳導(dǎo)路徑的抑制，需要對(duì)干擾的輸入端口增加濾波器，在干擾進(jìn)入系統(tǒng)或進(jìn)入之前進(jìn)行濾波抑制，即電源或干擾信號(hào)線注入連接器處。對(duì)于輻射路徑的抑制，考慮到EFT脈沖傅里葉變換的頻譜為5 kHz（100 kHz）～100 MHz 的離散譜線，重點(diǎn)對(duì)于1.5cm以上走線或線纜進(jìn)行關(guān)注，必要的情況下進(jìn)行濾波處理。

接50 Ω負(fù)載時(shí)單個(gè)脈沖波形，如圖3所示。快速瞬變脈沖群概略圖，如圖4所示。

圖3 接50 Ω負(fù)載時(shí)單個(gè)脈沖波形

圖4 快速瞬變脈沖群概略圖

基于成因，盡可能減少進(jìn)入PCB主控板的共模干擾。因此，在PCB電路板的信號(hào)入口出進(jìn)行相應(yīng)的共模濾波處理。同時(shí)，在內(nèi)部進(jìn)行相應(yīng)的共模濾波處理，提供雙重保障。共模干擾濾波設(shè)計(jì)，如圖5所示。

圖5 共模干擾濾波設(shè)計(jì)

圖5中可見(jiàn)，信號(hào)進(jìn)入PCB后通過(guò)兩個(gè)共模接地電容進(jìn)行共模濾波處理，其中Y電容作用是將共模電流導(dǎo)入金屬機(jī)殼。

建議優(yōu)先選擇10 nF電容進(jìn)行濾波處理，如低頻插損不足，則補(bǔ)充0.1 μF或2.2 μF等更大容值電容進(jìn)行組合濾波。濾波處理如圖6所示。

圖6 濾波處理

PGND與接插件附近的安裝孔相連，安裝孔為金屬材質(zhì)，通過(guò)螺釘與機(jī)殼相通，形成完整接地鏈路。采用共模電感對(duì)信號(hào)做進(jìn)一步濾波，共模電感通常應(yīng)用于EMI濾波領(lǐng)域，對(duì)于高頻的EMS空間干擾噪聲抑制亦具有良好效果，可有效消耗/衰減共模干擾電流，如圖7所示。

圖7 濾波處理

共模濾波電容及共模電感的選取以實(shí)際信號(hào)特性為依據(jù)，以不影響傳輸信號(hào)質(zhì)量為前提，即盡可能高的共模噪聲共模插入損耗，盡可能低的差模插入損耗，如圖8所示。

圖8 電源端口濾波設(shè)計(jì)

對(duì)顯示主控板電源端口同樣采取類似的共模濾波處理，以減少共模干擾電流進(jìn)入PCB板。通過(guò)對(duì)信號(hào)端口及電源端口增加共模濾波電容及共模電感，可以有效減少流入PCB內(nèi)部的共模電流，從而提高電路板的抗干擾性能。

在PCB布局布線上進(jìn)一步優(yōu)化，PCB沿用四層板設(shè)計(jì)，確保有完整的GND地平面?？紤]到電源平面去耦，高速信號(hào)線完整參考層及回流路徑等因素，優(yōu)先考慮“信號(hào)（器件）、電源、地、信號(hào)（高速信號(hào)）”疊層順序，濾波電路前后級(jí)走線盡可能分開，差分接收輸出的單端信號(hào)串聯(lián)電阻起到一定的抑制干擾作用。處于PCB邊緣的信號(hào)線做包地處理，濾波器盡量放置于干擾路徑的上源端和負(fù)載端。電路板PCB圖，如圖9所示。

圖9 電路板PCB圖

4 對(duì)比驗(yàn)證

優(yōu)化后的LED顯示主控板安裝后再次進(jìn)行EFT群脈沖測(cè)試(2 kV/5 kHz)，運(yùn)行噴閥自檢程序觀察LED燈運(yùn)行情況，工作正常，未出現(xiàn)LED異常閃亮現(xiàn)象，產(chǎn)品滿足性能A的評(píng)定，表明優(yōu)化方案有效。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)LED顯示主控板EFT抗擾度試驗(yàn)優(yōu)化案例的整體闡述，建議相關(guān)產(chǎn)品制造商應(yīng)及時(shí)了解項(xiàng)目測(cè)試原理及方法，分析受測(cè)設(shè)備失敗的根本原因，從產(chǎn)品的機(jī)械架構(gòu)、電路板原理圖及PCB Layout等多方面進(jìn)行綜合考慮分析，形成有效對(duì)策進(jìn)行產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)。