良好的接地设计不仅能保证电路内部互不干扰,而且可以减少电路的干扰发射,接地技术是解决电磁兼容问题的常用技术,成本低效果明显。然而,不恰当的接地方式也会给电路引入干扰,如地环路干扰。

   

1、地环路干扰问题的产生

 

图 1、初扫结果

 

图 2、增加接地点后扫描结果,6.1M 超标

   

2、地环路干扰问题的试验和分析

用频谱分析仪和近场探头定位噪声点,确定干扰来自电机控制器的 DCDC 输出线。DCDC 模块是电机控制器内的最大干扰源,干扰很容易通过输出线缆向外传导或者直接通过空间向外辐射,甚至耦合到其他电源线、信号线,此外,DCDC 输出负极通过钣金件直接接机壳,即已经和接地参考平面相连,如果处理不好,就可能导致地电位不稳。

 

由于电机控制器传导发射低压侧只要求测试 12V/24V 电源线,并不直接测试 DCDC 输出线,故推测 6.1M 干扰是 DCDC 模块通过线束耦合到 12V/24V 电源线。首先在 DCDC 模块的相关信号线上套铁氧体磁环,对 6.1M 频点没有改善;用铜箔将信号线包裹起来并粘接机壳内壁,同样没有效果;在 DCDC 模块的 CAN 通讯线上套铁氧体磁环,没有效果 ......

 

试验 N 多方法仍然对 6.1M 频点束手无策,回忆 6.1M 频点到底从何而来,猜想会不会是因为增加接地点引起的呢,于是尝试去掉增加的接地点,6.1M 频点马上变好,如图 3 所示。

 

图 3、去掉接地点后扫描结果


将增加的接地点恢复,6.1M 又超标,可以复原现象,说明 6.1M 处干扰确实是接地问题引起的。观察增加的接地点位置,正好在 DCDC 输出线正负极之间,如图 4 所示,机器初始的接地点如图 5 所示,使用铜带编织网接接地参考平面,两点接地会引起地环路干扰,6.1M 超标很有可能是地环路干扰引起的。

   

如何解决电机控制器传导发射过程中遇到的地环路干扰

当 DCDC 模块工作时,DC+和 DC- 输出线会携带很强的干扰电流,DC- 直接与机壳相连。测试模型图如图 6 所示,当没有接地点 B 时,干扰电流主要通过 DC 输出线与接地参考平面之间的   杂散电容形成回路;当在 DC+和 DC- 之间增加接地点 B 时,恰好为干扰电流提供了直接的低阻抗通路,就会出现地环路电流,导致更大的共模电流,进而出现传导发射超标的现象。

 

图 6、测试系统模型图(接地点 C 是测试标准要求的:低压蓄电池负极接地)


3、地环路干扰问题的解决

地环路干扰产生的内在原因是地环路电流的存在,地环路电流是因为两个接地点的电位不同形成电压导致的。常用的解决地环路干扰问题的方法有单点接地,采用隔离变压器或光耦隔离器隔离,安装共模扼流圈增加地环路阻抗等。在本整改测试试验中,只需要将增加的接地点远离 DCDC 输出线,保证两个接地点的电位相近,就可以避免和减弱地环路干扰。如图 7    所示,将增加的接地点布置在机器的另一侧,远离干扰输出端,就可以避免 6.1M 超标同时抑制 32M、41M 和 65M 干扰点,如图 8 所示,结合其他措施,就可以通过传导发射试验。

   

4、总结

两 点接地和多点接地很容易引起地环路干扰问题,在机器外壳有输出线缆时应尤为注意,防止接地点的电位相差过大,当频率比较低时,应尽量选择单点接地。接地技术是解决电  磁兼容问题最简便成本最低的技术,同时也是最有讲究的技术,所以在设计前期多考虑接地方式、接地位置对后续 EMC 测试与整改会有很大帮助。