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医用便携式平板超声设备EFT测试分析及整改

前言

本来是我用幕布写的，后来发现了CSDN不考虑资源规模的优势(发现新大陆，希望CSDN不会倒闭haha），再写一遍，但格式还是幕布格式，大家将就一下。此外，本文借鉴了钱振宇的脉冲群(EFT)抗扰试验的要点及其对策，文章内容非常详细，推荐阅读。 本文利用自己在测试过程中遇到的例子， 从脉冲组的原理到干扰抑制，到具体电路的分析和解决，由于实验仓促，这个过程中很多东西都写不出来，需要通过实验、记录、分析一步一步来，希望对大家有所帮助。文章是基于自己的理解写的。请指出缺点，欢迎在评论区留言讨论。

EFT

●（脉冲群）EFT干扰的特点和本质

  • ● EFT当电感负载（如继电器、接触器、高压开关切换引起的传导干扰、辐射干扰等）断开时，由于开关接触间隙的绝缘击穿或接触弹跳。当电感负载重复多次开关时，脉冲群会在相应的时间间隙重复多次。这种临时骚扰能量较小，一般不会对设备造成损坏，但由于其频谱分布较宽，会影响电子和电气设备的可靠工作。 ● EFT是由间隔为300ms由连续脉冲串组成，每个脉冲串连续15ms，单脉冲上升5ns，持续时间50ns，重复频率5kHz和100kHz。谐波频率至少为60MHz，对于电源线，即使长度只有1m，与传输频率的波长相比，长度无法用普通电源线处理。当信号在上面传输时，有些仍然通过线路进入试验（传输）；有些应该逃离线路，成为辐射信号进入试验（辐射）。因此，试验产品的干扰实际上是传导和辐射的结合。传导与辐射的比例将与电源线长度有关：线路短，传导多；线路长，辐射强。此外，辐射强度也与电源线与参考接地板的接近程度（反映在线路与参考地点之间的分布电容器）有关。线路靠近地板，分布电容器大（耐小），干扰不易通过辐射逃逸；反之亦然。因此，试验电源线的长度、离参考接地板的高度，甚至电源线与试验产品的相对位置都可能成为影响试验结果的因素。

● 抑制脉冲群干扰

  • ● 从小原理到实际干扰抑制
    • ● 板卡上开关切换瞬变的抑制
      • ● 处理继电器绕组(电感负载)

        • ● 对于直流继电器，可将一些电阻、电容器、二极管等部件并联绕组，达到干扰抑制的目的，如下所示：

          ● 对a，二极管几乎理想的顺向导通状态阻止了绕组电感对分布电容的充电，避免了自谐振。线路中的电流表达式为I=e^{-t/τ}。式中In稳态工作电流为继电器绕组；t时间常数，τ=L/R，L和R是绕组本身的电感和电阻。当L大而R小时，τ这意味着线路中的电流衰减缓慢，因此继电器控制的触点会延迟释放。该线路最大的优点是产生的瞬变电压最低。 ● 对b，与a不同，电阻串入二极管电路R。就电感能释放通路而言，它与绕组电阻相同，因此电路b的总电阻大于a，其结果是电路bτ比a小。因此，b的触点释放过程将比a快。串联电阻R值应适中，过大，相当抑制电路开路，对瞬变无抑制作用；太小，就像电路a一样。因此，R值应通过试验折衷。 ● 对c，并联电容C的存在人为增加了继电器绕组中分布电容对瞬变形成的影响。今天假设电容C的值为0.5μF，无论存在串联电阻，新电路绕组两端的电压峰值都是U=Ix（L_2/（C C_2））^{1/2}=98.7V可见瞬变干扰范围大大降低(原3130).5V）。此外，自谐振频率也将降低到226Hz。附加电阻R将为自谐振提供额外的功耗，使振荡在几周后迅速衰减为零。 ● 对d，在继电器绕组上并联一对背对背连接TVS管，TVS管道的击穿电压大于继电器绕组的工作电压。继电器工作时，TVS管不导通。但当机械开关S切断继电器绕组电流时，只要绕组上的瞬态电压超过TVS管道限制电压，TVS管便导通，绕组电压制备在TVS在管道的限定电压上，绕组电压的持续升高，即瞬变电压的产生。TVS管对功率的消耗使继电器绕组的能量释放迅速完成。 ● 对e，在继电器绕组上并联一个电阻R，该电阻用于消耗瞬态能量，防止高瞬态电压的形成。电路e的特点很简单，但在继电器工作时有额外的能量消耗。电阻值小，附加消耗大，但抑制效果明显；电阻值大，消耗小，但抑制效果不明显。 ● 在实践中，上述线路可以适当组合，更有利于抑制瞬变干扰。此外，布线应注意就近的原则（a~e线路适用于直流供电，二极管不适用于交流电路)

      • ● 处理开关触点

        • ● 除了并联电阻、电容并联电阻、电容器和二极管抑制瞬态干扰外，还可以抑制开关切换的瞬态形成，如下图所示。 在这里插入图片描述

        • ● 对a，当开关S断开时，电容C通过二极管充电到电源电压，因此接触两端不会拉弧，从而抑制瞬态干扰的产生。当开关再次关闭时，电容C通过电阻R和开关放电，恢复到准备状态。电阻R限制了电容C的放电电流。 ● 对b，TVS管的籍位作用避免了触点断开瞬间在触点两侧的电压增长，从而抑制了瞬变干扰的形成。要注意TVS管的极性，TVS管道的击穿电压大于电源电压的最大值。 ● 对c，当开关断开时，继电器绕组中的能量通过R、C支路释放，能量消耗在电阻R上，从而抑制瞬变干扰的形成。使用时，R和RC折衷选择值。 ● 原则上，上述线路也可用于交流线路，但应注意交流线路的特点。例如，由于二极管的单向导电性，线路a不能使用；线路b，使用背对背连接TVS管。

      • ● 固态继电器(带过零检测)
        • ● 当电网电压过零时，电压过零的交流固态继电器打开，当交流固态继电器电流过零时，可以确保线路无噪声运行，干扰最小化。

● 抑制整机脉冲群干扰的抑制

  • ● 从脉冲组试验的初衷来看，主要是共模干扰试验，但干扰脉冲的波形前沿非常陡峭，持续时间非常短，因此高频成分非常丰富，导致部分干扰从传输电缆中逃逸，使设备最终受到传输和辐射的复合干扰。 ● 电快脉冲对设备的影响有三个原因。

  • ● 针对脉冲群干扰，主要采取两种措施，一是电源线整改，二是信号线整改

    • ● 电源线整改措施

      • ● (1)金属机箱。解决电源线干扰问题的主要方法是在电源线入口处安装电源线滤波器，防止干扰进入设备。从图中所示的干扰注入方法可以看出，注入电源线的电压为共模电压，滤波器必须抑制该共模电压，使受试设备顺利通过试验。目前市场上很多成品电源滤波器主要是为电快脉冲试验设计的，设计师可以根据产品特点直接选择。以下是用滤波器抑制电源线上电速脉冲的方法。

    • ● 电源滤波器线路组成

      • ● 共模电感：磁芯选择后，电感线圈的电感量将取决于所用导线的线径。通流小的线径较细，线圈匝数较多，电感较大；反之亦然。有几个典型的例子mH只零点几mH。 ● 采用X,Y电容器与排放电阻的结合可以加强对模具差异和共模干扰的限制，排放电容器上积累的电荷； ● 滤波器必须接地。1.如果不接地，滤波器的共模电磁干扰将再次进入滤波器输出部分；2.共模电容器的公共连接点是滤波器的位置，公共点上的电压为输入电压的一半，设备外壳将充电；

    • ● (2)设备机箱为非金属。若设备采用非金属机箱，则必须在机箱底部加一块金属板，以便滤波器的共模滤波电容接地。如图所示，共模干扰电流通路通过金属板与地线层之间的分布电容形成。若设备尺寸较小，则金属板尺寸较小，此时金属板与地线层之间的电容较小，不能起到较好的旁路作用。因此，电感的特性对设备能够顺利通过测试至关重要，需要采取各种措施来提高电感的高频特性，必要时可以串联多个电感。

  • ● 信号线的整改措施

    • ● (1)信号电缆屏蔽。从试验方法可以看出，干扰脉冲耦合进入信号电缆的方法是电容耦合。消除电容耦合的方法是屏蔽电缆并接地电缆。因此，电缆屏蔽层可以通过电缆屏蔽来解决快速脉冲干扰与试验中的参考地线层可靠连接，如果设备的外壳是金属并且接地的设备，这个条件容易满足；当设备的外壳是金属的，但是不接地时，屏蔽电缆只能对电快速脉冲中的高频成分起到抑制作用，这是通过金属机壳与地之间的分布电容来接地的；如果机箱是非金属机箱，则电缆屏蔽的方法就没有什么效果。 ● （2）信号电缆上安装共模扼流圈。共模扼流圈实际是一种低通滤波器，根据低通滤波器对脉冲干扰的抑制作用，只有当电感量足够大时，才能有效果。但是当扼流圈的电感量较大时（往往匝数较多），分布电容也较大，扼流圈的高频抑制效果降低。而电快速脉冲波形中包含了大量的高频成分。因此，在实际使用时，需要注意调整扼流圈的匝数，必要时用两个不同匝数的扼流圈串联起来，兼顾高频和低频的要求。 ● （3）采用双绞线作为设备的信号电缆，并在设备信号线接口处（即靠近设备的一端）加套铁氧体磁环，并将信号线在磁环上绕2~3圈对于抗扰能力不是太弱的设备来说，这种措施的效果还是不错的。 ● （4）信号电缆上安装共模滤波电容。这种滤波方法比扼流圈具有更好的效果，但是需要金属机箱作为滤波电容的地。另外，这种方法对差模信号有一定的衰减，在使用时需要注意。 ● （5）对敏感电路局部屏蔽。当设备的机箱为非金属机箱，或者电缆的屏蔽和滤波措施不易实施时，干扰会直接耦合进电路，这时只能对敏感电路进行局部屏蔽，屏蔽体应该是一个完整的六面体，在实际应用中还要重点关注与外部电路的连接线，例如LCD屏和TP的FPC连接线需要与背部金属板屏蔽连接，引出的信号线接口外壳和进入的带PE的电源线都单带与一个金属平面（滤波地）相接。

● 具体电路分析

● 测试结果

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