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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Arm®Cortex®-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。
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