服务器冗余电源并联供电电路 EMC 辐射预测试 按 EN 55032 标准定位多模块协同辐射干扰源

标准限值与测试环境要求

1. EN 55032 辐射限值根据 EN 55032:2015（对应 CISPR 32 Class B），服务器冗余电源在 1GHz 以下的辐射限值为：

• 30-230 MHz：准峰值 ≤ 30 dBμV/m，峰值 ≤ 37 dBμV/m

• 230 MHz-1 GHz：准峰值 ≤ 37 dBμV/m，峰值 ≤ 44 dBμV/m测试需在 3 米法半电波暗室中进行，使用对数周期天线（覆盖 30-1000 MHz）和频谱分析仪（如 R&S ESRP），分辨率带宽（RBW）设置为 100 kHz，检波器类型为准峰值（QP）和峰值（PK）。

2. 测试系统配置

• LISN（人工电源网络）：用于隔离电网干扰，提供稳定的 50Ω 测试阻抗。

• 近场探头套件：包含磁场探头（如 3mm/10mm 环形探头）和电场探头，频率覆盖 30 MHz-3 GHz，配合前置放大器提升灵敏度。

• 频谱分析仪设置：扫描范围 30 MHz-1 GHz，触发方式为连续扫描，记录各频点的辐射场强。

多模块协同干扰源定位方法

1. 干扰源特性分析

• 开关频率谐波叠加：多个模块的开关频率（如 100 kHz）及其谐波（如 10 次谐波 1 GHz）可能因相位差形成叠加干扰。若模块未同步，谐波峰值可能超过限值。

• 共模电流耦合：模块间的互连母线、散热片或 PCB 地平面可能形成共模电流路径，导致高频辐射。例如，某案例中 44 MHz、132 MHz 超标由电源线共模电流引起。

• 寄生参数振荡：功率管输出电容（Coss）与线路电感（Lstray）可能在 MHz 级频段产生谐振，形成非整数倍谐波。

2. 近场扫描策略

• 若频谱图中出现等间距峰值（如 100 kHz、200 kHz…），且与模块开关频率一致，判定为开关动作直接辐射。

• 若出现非整数倍谐波（如 180 MHz、350 MHz），可能由寄生参数振荡或散热片耦合引起。

• 粗定位阶段：

• jingque定位阶段：

• 特征识别：

1. 切换至 3mm 磁场探头，以 0.5mm 步长扫描功率管引脚、漏极（D 极）走线及散热片边缘，旋转探头方向（垂直 / 平行于电流路径），记录大响应值。

2. 用电场探头检测驱动信号线、PCB 边缘及模块间互连接口，确认是否存在高电场辐射（如 300 MHz 处电场强度 > 30 dBμV/m）。

3. 用 10mm 磁场探头扫描 PCB 表面，重点关注功率管、高频变压器及互连母线区域。当探头靠近干扰源时，频谱仪显示明显峰值（如 200 MHz 处幅值跃升 15 dB）。

4. 对比单模块与并联运行时的频谱，若并联后某频点幅值增加 6 dB 以上，可判定为模块间协同干扰。

3. 同步控制验证

• 外同步测试：通过模块的 SYNC 引脚强制所有模块同步到同一频率，观察辐射频谱变化。若同步后谐波峰值降低 5-10 dB，说明频率差异是主要干扰源。

• 相位差影响：若同步后仍存在高频干扰，可能是模块间相位差导致谐波叠加。可通过调整同步信号延迟（如 ±10 ns）优化相位，降低辐射。

整改措施与验证方法

1. 同步控制优化

• 使用专用同步控制器（如 TI UCC28950）统一模块开关频率，相位差控制在 ±5° 以内。

• 同步信号线采用差分走线，外层包裹屏蔽层并单点接地，减少噪声耦合。

• 强制同步设计：

• 展频调制（SSFM）：若无法同步，可使各模块频率在 ±5% 范围内抖动，分散谐波能量，降低峰值辐射。

2. 共模噪声抑制

• 采用单点接地策略，模块的功率地（PGND）与信号地（SGND）通过铜柱连接，地线阻抗 < 0.1 Ω。

• 散热片通过多个过孔（间距 < 5 mm）与 PGND 层连接，降低寄生电容耦合。

• 在每个模块的输出端并联高频陶瓷电容（如 100 nF，ESL < 0.5 nH），抑制共模噪声。

• 在互连母线上串联共模电感（如 10 μH），配合 Y 电容（2.2 nF）形成 LC 滤波网络，衰减 30 MHz 以上共模电流。

• 分布式滤波：

• 接地优化：

3. PCB 布局改进

• 采用 6 层板结构，将功率层（L2/L5）与信号层（L3/L4）通过完整地平面隔离。

• 在功率管上方覆盖金属屏蔽罩（如 0.5 mm 厚铝片），屏蔽效能可达 20-30 dB。

• 减小电流环路面积：将功率管的 D 极、S 极与高频变压器初级绕组的布线缩短至 5 mm 以内，形成 “热环路” 面积 < 1 cm²。

• 分层屏蔽设计：

4. 验证方法

• 近场探头复测：整改后重复扫描，确认干扰源区域辐射幅值下降 ≥ 10 dB，且无新增干扰点。

• 远场测试验证：在暗室中重新测试，确保所有频点均低于 EN 55032 限值，并预留 3-6 dB 裕量。例如，若原在 200 MHz 处超标 5 dB，整改后需降至 25 dBμV/m 以下（限值 30 dBμV/m）。

• 极端工况测试：在满载、高温（70℃）条件下持续运行 2 小时，监测辐射值是否稳定，避免元件参数漂移导致 EMI 恶化。

工具与资源推荐

1. 测试设备

• 频谱分析仪：R&S ESRP 或 Agilent N9020B，支持 30 MHz-1 GHz 频段扫描。

• 近场探头：R&S HZ-17 套件（含磁场 / 电场探头），配合前置放大器（如 R&S ZVH）提升灵敏度。

• 示波器：Tektronix MSO58 系列，用于观察功率管的 dv/dt 和 di/dt 波形。

2. 仿真工具

• 电路仿真：LTspice 或 Saber，用于分析同步控制、滤波网络的瞬态响应。

• 电磁场仿真：ANSYS HFSS 或 CST Studio Suite，模拟 PCB 布局的辐射特性及屏蔽效能。

3. 标准文档

• EN 55032:2015《信息技术设备、多媒体设备和接收机电磁兼容 第 1 部分：发射要求》。

• CISPR 32:2015《信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法》。

典型案例分析

某服务器冗余电源系统在 30-230 MHz 频段辐射超标 8 dB，通过以下步骤整改：

1. 干扰源定位：近场扫描发现模块 A 的功率管漏极走线（长度 15 mm）在 200 MHz 处辐射强，模块 B 的散热片在 132 MHz 处存在共模电流。

2. 整改措施：

• 模块 A：在 D 极与地之间并联 RC 吸收电路（R=100 Ω，C=100 pF），并缩短走线至 8 mm。

• 模块 B：散热片增加 4 个接地过孔，并在输出端串联共模电感（10 μH）。

• 同步控制：启用外同步，所有模块频率统一为 100 kHz，相位差 < 3°。

3. 测试结果：整改后 200 MHz 辐射值从 38 dBμV/m 降至 28 dBμV/m，132 MHz 从 35 dBμV/m 降至 27 dBμV/m，符合 EN 55032 限值。