ZMC900E 国产EtherCAT主站控制器 — 电源口传导骚扰整改

为确保EtherCAT主站控制器在工业自动化中的可靠和稳定应用，EMC测试至关重要。本文以ZMC900E电源传导骚扰整改为例，深入解析EMC原理，助您精准定位问题，避免无效整改。

图1 ZMC900E高性能EtherCAT主站控制器

ZMC900E 是ZLG致远电子开发的最新一代EtherCAT主站控制器，其核心采用多核异构的应用处理器，内核包括4+1个64位的ArmCortex-A55核，主频2GHz；3个Cortex-R5F内核，主频800MHz。同时板载4GB LPDDR4、8GB eMMC以及32KB FRAM。

ZMC900E EtherCAT主站控制器为了满足不同的自动化应用需求，集成1路专用EtherCAT口、3路通用以太网、1路CANFD、1路RS485、1路TF卡、1路USB3.0 Host、1路HDMI接口、16路Dl数字输入、16路DO数字输出等接口，灵活满足自动化设备应用需求。

图2 ZMC900E接口为了能够在复杂的工业环境中稳定地使用，ZMC900E EtherCAT主站控制器经过了严格EMC的性能测试。测试的EMC项目及等级如图3所示。控制器传导骚扰测试参考 GB/T 6113.201-2018 CLASS A的标准进行试验。图3 ZMC900E电磁兼容(EMC)特性参数

 

 电源口传导骚扰试验原理在传导骚扰测试中，LISN（线路阻抗稳定网络）是电源端口测试的关键设备，在接入待测设备后，其等效阻抗接近于50Ω，由此可以知道，电源端传导骚扰测试的就是测试50Ω阻抗两端的电压。当阻抗不变时，也可理解为流经50Ω阻抗两端的电流。只要有电流流过50Ω阻抗，接收机便可显示出测试值。传导骚扰整改主要的分析方向则是如何减少流过LISN和接收机并联成的50Ω阻抗的电流。电源端口的传导骚扰的电流产生于IDM和ICM。其传导骚扰电流环路示意图如图4所示。图4 电源端口传导骚扰电流环路
 电源口传导骚扰试验下面就和大家分享一下ZMC900E EtherCAT主站控制器传导骚扰的整改过程。图5为24V电源输入的保护电路，RV1为压敏电阻，电容C1、C2容量选1nF，电容C3、C4容量选4.7UF，电感L1选用3.3UH，共模电感FT2选用感值470UH，电容C5容量选用220UF，耐压值50V。

图5 电源输入电路

图6为未整改前的电源口传导骚扰测试结果，存在1个频率点（287.594KHz）超标，此频率点一般是由于开关电源的MOS管导通产生的谐波分量导致的传导性干扰，且还有众多的频率点裕量不足。图6 传导骚扰测试结果
 电源口传导骚扰试验整改措施电源口传导骚扰试验整改可通过加大输入共模电感进行改善（图4中的FL2），将共模电感FL2的感值由470UH调整为1mH后，重新进行电源口的传导骚扰试验，其中黄色曲线为峰值曲线，蓝色为实时扫描曲线，试验结果如图7所示。由试验结果可知，加大输入共模电感，可以有效地降低电源口的骚扰噪声，且裕量较充足。

图7 1mH共模电感传导骚扰测试结果

再将共模电感FT2的感值由1mH调整为3.3mH后，重新进行电源口的传导骚扰试验，保留峰值曲线（蓝色），试验结果如图8所示。图8 3.3mH共模电感传导骚扰测试结果
 

 电源口传导骚扰试验整改总结

对比图7与图8可知，加大共模电感，可有效地降低电源口的骚扰噪声。所以在新方案设计时，在空间允许的情况下，尽量选择感值较大的共模电感。在确定输入电流时，感值越大时，共模电感的体积也会越大，成本也会增加，需综合考虑。

由于不同厂家的电源模块，电源口的传导骚扰噪声也各不相同，所以电源口传导骚扰除了加大共模电感的感值外，也可通过更换电源方案来降低传导骚扰噪声。