使用示波器进行 EMI 调试以缩短功率电子的开发周期

您的任务

开关电源 (SMPS) 的每个设计流程结束时，都必须执行传导发射测试。开发人员必须验证产品符合适用标准，方可将其投入市场。全面的一致性测试需要借助试验室和合适的 EMI 接收机。如果产品超出标准限值，需要修改电源，这会严重影响 SMPS 的许多组件，例如 EMI 输入滤波器、印刷电路板设计以及概念决策（例如选择合适的开关频率）。这会显著影响产品的上市时间。通常，开发人员需要在一定程度上重新设计产品。如果在开发周期的早期阶段执行传导发射测试，可以大大降低这种风险。在预一致性测试阶段，您可以不必使用试验室，但需要借助合适仪器，确保能够以类似方法测量电源输入线路和输出线路的频谱。为此，您可以使用频谱分析仪或示波器。

测试与测量解决方案

罗德与施瓦茨示波器提供强大易用的 FFT 分析功能，能够测量频率分量的幅度。用户可以同时查看时域相关信号，从而将无用频谱发射与时域事件相关联。由此，示波器可用作功能强大的独立式仪器，以在功率电子设计过程中执行早期传导发射测试。如果研发实验室中无 EMI 接收机等专用设备以在设计阶段执行预一致性测量，示波器尤其有用。
越早考虑进行 EMI 一致性测试，开发流程末期出现 EMI 问题的可能性越低。及早发现 EMI 问题既能降低成本，也能更轻松地解决问题。示波器是硬件开发和系统测试中常用的主要仪器，因此也可在研发过程中用作可靠的 EMI 相关测试工具。

测试装置
要测量电源的传导发射，需要借助线路阻抗稳定网络 (LISN) 以将被测设备从外部电源中解耦出来。LISN 的同轴输出必须通过同轴电缆连接至示波器，且示波器必须激活 50 Ω 输入阻抗以确保正确匹配。示波器必须执行以下操作以测量频谱：

• 激活 FFT，配置最小频率和最大频率以及分辨率带宽。
• 调整时域窗口的垂直灵敏度，确保被测设备接通电源时输入通道不会过载。
• 断开被测设备的电源，以便进行参考测量。这样，您可以获悉装置的噪声基底，并确定该噪声不是源自被测设备。
• 再次接通电源，然后进行测量。根据已知的传导发射限值验证被测设备， 同时考虑 LISN 造成的任何额外衰减。

案例研究：EMI 滤波器的有效性
以下两个屏幕截图分别显示了在未使用 EMI 滤波器和使用 EMI 滤波器的情况下使用 R&S®RTM3000 示波器执行传导发射测量。

通道 1 显示测得的连接至 LISN 的时域信号。LISN 导致该信号出现衰减且衰减因子为 10 dB，因此将测量值与发射限值进行对比时必须考虑此衰减。底部窗口显示电源输入终端的频谱（以 dBuV 为单位）。在未使用 EMI 滤波器的情况下，直流-直流变换器输入端产生的噪声频谱清晰可见。相反，在使用 EMI 滤波器的情况下，测量结果显示输入线路的传导发射出现有效衰减。
在部分频率下，最高可见 30 dB 衰减。

要验证较低频率范围内的发射，用户必须重复测量，并重点关注较低频率。

总结

罗德与施瓦茨示波器具有强大的 FFT 功能，有助于设计人员调试电源的传导发射。示波器是功率电子设计应用中的标准测量仪器，因此也可用于在早期开发阶段评估 EMI，进而节省大量时间和资金。这样能够提高产品符合 EMI 标准的可能，避免在一致性测试失败后重新设计产品。