案例分享：改变共模电流的方向与大小使产品通过EMC测试

【现象描述】

          某一工业产品的产品架构示意图如图4.107所示。
 

       该产品只有一块电路板，外壳是塑料壳，电源端子附近有专门的接地端子。电路板电路分为模拟电路部分和数字电路部分，之间采用光电耦合器隔离。因为该产品的信号电缆长度大于3m，所以除了电源接口，信号接口也要进行IEC61000-4-4标准规定的EFT/B等抗扰度测试。其中在信号接口上的EFT/B测试要求是±1kV,电源接口上的EFT/B测试要求是±2kV。在测试时发现，信号接口在进行±500VEFT/B测试时就出现电路不正常现象。经过分析，出现不正常的电路是PCB 中的数字电路部分。

【原因分析】

       要分析此问题，首先从光电耦合器谈起。由本章介绍可以看到，一个光耦两端的寄生电容一般是2pF, 是不能忽略不计的。本案例产品中因为光耦的数量是5个，所以数字地与模拟地之间存在2pF×5=10pF的总寄生电容。正是由于寄生电容的存在，使得EFT/B干扰的共模电 流从信号电缆接口流入被光耦隔离的数字电路。干扰的共模电流流向图如图4.108所示。

       在图4.108中箭头曲线表示 EFT/B干扰的共模电流流向，由于光耦分布电容的存在，共模电流会经过光耦，流经数字电路，可见被光耦隔离的数字电路部分是受到EFT/B  共模电流的影响的，当共模电流流过时，如果数字电路的地平面存在较大的地阻抗(如地平面不完整、 过孔太多等),那么地平面上就会产生较高的压降。该压降超过一定程度时，电路就会受影响。

       分析到这里，大概清楚了电路受干扰的区域，即共模电流流经的区域。如果共模电流不流经数字电路部分或只有很小一部分共模电流流经数字电路部分，那么产品在测试时出错的可能就会降低。按这个思路，在模拟电路的工作地与产品的接地端之间接旁路电容(如10nF), 再进行测试，发现可以通过±1kV的EFT/B测试。再来看看在这种情况下，EFT/B的干扰共模电流路径与最初的情况相比发生了什么改变。图4.109是接旁路电容后的共模电流流向分析图。
 

       从图中可以清楚地看到，EFT/B干扰的共模电流路径已经有所改变，即多了一条共模电流的路径。同时，由于10nF的旁路电容远远大于10pF的结电容，旁路电容接地阻抗较低，使大部分的EFT/B干扰共模电流从旁路电容流向参考接地板，从而使流经数字电路的共模电流大大减小，数字电路受到了保护，产品EFT/B抗干扰度水平大大提高。

【处理措施】

     按照以上的分析及测试结果，在模拟电路工作地(AGND)与保护地(PGND)之间接旁 路电容，容值为10nF。当然，虽然解决本案例所提及问题的方法有多种(如数字电路入口的 信号做滤波处理、优化数字电路地平面等),但是此方法最简单。

【思考与启示】

     ● 被隔离的地不能单独悬空，若产品为金属外壳，则一定要接到机壳或通过旁路电容接到机壳；若产品为塑料外壳，则一定要接到保护地端子或通过旁路电容接到保护地端子或接到PCB中另一个地。如果有特殊原因不能这样处理，那么所有的信号都要进行 滤波处理。

     ● 本案例隔离采用的是光耦，采用变压器隔离、磁隔离等方式的电路同样也可以参考本案例的解决方法。

 

       以上案例来自EMC领域知名专家-郑老师《EMC设计分析方法与风险评估技术》著作内容其一案例！