案例分享磁环妙用解决某产品EMC辐射超标问题
1.问题描述
某国外医疗产品需要在国内市场销售，在国内进行医疗产品认证时，其辐射骚扰在60mhz和130mhz左右超标，现场工程师在ac220v电源线缆增加大量不同种类的磁环都没有改善，如图1所示。
图1 30mhz～1ghz辐射骚扰原始频谱
从图1可以看出，产品辐射骚扰在60mhz左右，最大超标约1db，不满足标准要求，实验不通过。
2.故障诊断——磁环加哪里？
产品为便携式医疗设备，由ac220v和电池供电。测试时工程师在ac220v电源线加磁环无改善，再次确认时直接拔掉ac220v电源线，使用电池为产品供电，此时测试辐射骚扰，前后结果无任何改变，因此确认产品辐射骚扰和ac220v电源线无关。
打开机壳，使用频谱分析仪和近场探头在机壳内部单板、线缆等处查找电磁干扰源，当近场探头置于电池电源线时，在所关心的60mmhz和130mmhz左右电磁干扰陡然增大，如图2、图3所示。
图2 引起emi问题的电池电源线
图3 电池电源线电磁干扰
对比图1和图3的频谱，可以看出近场测试和标准实验室测试两者的结果非常接近，因此怀疑电池电源线引起的辐射超标，进一步验证，当而拔掉电池电源线时，近场测试的电磁干扰幅度大幅度减小，因此可以断定引起产品辐射超标的为电池电源线。
3.原因分析
从图4可以看出，电池电源线紧贴ac220v开关电源板。
图4 电池电源线紧贴开关电源板
开关电源板为单面板，顶层为器件，底层为布线，当开关电源工作时，其一直处于高频开关工作状态，此时电路中存在强烈的电压和电流变化，即du/dt≠0，或者di/dt≠0。根据法拉第电磁感应定律，变化的电压或者电流产生变化的电磁场，变化的电磁场可以在环路里面感应出电压和电流，那么电池电源线紧贴开关电源板底层布线层，空间距离很近，因此，开关电路产生的电磁场，将在电池电源线上感应出噪声，由于电池电源线较长（约50mm），此时就构成了很好的辐射发射天线，从而产生电磁干扰。
4.整改措施——磁环加哪个？
本产品为国外产品，无任何硬件电路图和技术支持工程师，因此为避免大动干戈损坏产品，选择使用磁环的整改方案。
铁氧体磁环是一种吸收损耗型元件。在低频段，铁氧体呈现出非常低的感性阻抗值，不影响数据线或信号线上有用信号的传输。而在高频段，阻抗增大，其感抗分量仍保持很小，电阻性分量却迅速增加，当有高频能量穿过磁性材料时，电阻性分量就会把这些能量转化为热能耗散掉。
首先查看频谱图，产品超标频段为60mhz-130mhz，因此要求磁环在本频段有较高的阻抗，查看磁环规格书，如图5所示。
图5 铁氧体磁环规格书
从图5可以看出，型号为74271112磁环，在关心的超标频段，当线圈绕2匝时阻抗高达800ω/100mhz左右，根据经验，所选的磁环阻抗满足滤波需求，其频率阻抗特性如图6所示。
图6 磁环频率阻抗特性图
5.实践效果
根据前面的整改措施，将电池电源线在磁环上绕2匝，以抑制电池电源线的辐射，如图7所示。
图7 电池电源线加磁环绕2匝
合拢整机进行辐射骚扰测试，此时在所关心的频段电磁干扰改善约12db，实验通过，如图8所示。
图8 电池电源线加磁整改后辐射
【总结】
磁环在emc实验室可以说遍地皆是，如果要调查下工程师最喜爱的emi抑制器件，磁环说第二，绝对没有哪个器件敢说第一，简直乃神一样的存在！但与其地位严重不符的是，磁环的应用方法，业界和工程师却没有清晰的思路，现场整改时，这个试试，那个试试，碰运气和撞大运的成分居多。本文通过实战案例，系统地总结了磁环的选型思路和应用方法，全文思路清晰，滴水不漏，读来让人如拨云见日，受益匪浅！
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图1 30mhz～1ghz辐射骚扰原始频谱
从图1可以看出，产品辐射骚扰在60mhz左右，最大超标约1db，不满足标准要求，实验不通过。
2.故障诊断——磁环加哪里？
产品为便携式医疗设备，由ac220v和电池供电。测试时工程师在ac220v电源线加磁环无改善，再次确认时直接拔掉ac220v电源线，使用电池为产品供电，此时测试辐射骚扰，前后结果无任何改变，因此确认产品辐射骚扰和ac220v电源线无关。
打开机壳，使用频谱分析仪和近场探头在机壳内部单板、线缆等处查找电磁干扰源，当近场探头置于电池电源线时，在所关心的60mmhz和130mmhz左右电磁干扰陡然增大，如图2、图3所示。
图2 引起emi问题的电池电源线
图3 电池电源线电磁干扰
对比图1和图3的频谱，可以看出近场测试和标准实验室测试两者的结果非常接近，因此怀疑电池电源线引起的辐射超标，进一步验证，当而拔掉电池电源线时，近场测试的电磁干扰幅度大幅度减小，因此可以断定引起产品辐射超标的为电池电源线。
3.原因分析
从图4可以看出，电池电源线紧贴ac220v开关电源板。
图4 电池电源线紧贴开关电源板
开关电源板为单面板，顶层为器件，底层为布线，当开关电源工作时，其一直处于高频开关工作状态，此时电路中存在强烈的电压和电流变化，即du/dt≠0，或者di/dt≠0。根据法拉第电磁感应定律，变化的电压或者电流产生变化的电磁场，变化的电磁场可以在环路里面感应出电压和电流，那么电池电源线紧贴开关电源板底层布线层，空间距离很近，因此，开关电路产生的电磁场，将在电池电源线上感应出噪声，由于电池电源线较长（约50mm），此时就构成了很好的辐射发射天线，从而产生电磁干扰。
4.整改措施——磁环加哪个？
本产品为国外产品，无任何硬件电路图和技术支持工程师，因此为避免大动干戈损坏产品，选择使用磁环的整改方案。
铁氧体磁环是一种吸收损耗型元件。在低频段，铁氧体呈现出非常低的感性阻抗值，不影响数据线或信号线上有用信号的传输。而在高频段，阻抗增大，其感抗分量仍保持很小，电阻性分量却迅速增加，当有高频能量穿过磁性材料时，电阻性分量就会把这些能量转化为热能耗散掉。
首先查看频谱图，产品超标频段为60mhz-130mhz，因此要求磁环在本频段有较高的阻抗，查看磁环规格书，如图5所示。
图5 铁氧体磁环规格书
从图5可以看出，型号为74271112磁环，在关心的超标频段，当线圈绕2匝时阻抗高达800ω/100mhz左右，根据经验，所选的磁环阻抗满足滤波需求，其频率阻抗特性如图6所示。
图6 磁环频率阻抗特性图
5.实践效果
根据前面的整改措施，将电池电源线在磁环上绕2匝，以抑制电池电源线的辐射，如图7所示。
图7 电池电源线加磁环绕2匝
合拢整机进行辐射骚扰测试，此时在所关心的频段电磁干扰改善约12db，实验通过，如图8所示。
图8 电池电源线加磁整改后辐射
【总结】
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