使用示波器进行 EMI 调试以缩短功率电子的开发周期

示波器是功率电子工程师的得力助手。借助强大易用的 FFT 分析功能,示波器还可应用于 EMI 调试,节省了大量时间与资金。示波器的一项典型应用就是在早期开发阶段验证 EMI 滤波器的有效性。

使用示波器进行 EMI 调试以缩短功率电子的开发周期——RTM3004

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。

使用示波器进行 EMI 调试以缩短功率电子的开发周期——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。在研发实验室中无可用 EMI 接收机等专用设备而无法在设计阶段执行预一致性测量的情况下,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。
未使用输入滤波器时的 EMI 频谱
未使用输入滤波器时的 EMI 频谱

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。

使用输入滤波器时的 EMI 频谱
使用输入滤波器时的 EMI 频谱

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。

摘要

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。

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