Pomiary EMI falownika w komorze GTEM – szczegółowy raport techniczny

1. Stanowisko i metodyka pomiarowa

Badania przeprowadzono w komorze GTEM 250 umożliwiającej pomiary promieniowane powyżej 30 MHz oraz przy wykorzystaniu sieci LISN 50 Ω/50 µH dla zakresu przewodzonego 150 kHz–30 MHz. Procedury pomiarowe uwzględniały detektory quasi-peak (QP) i average (AVG), z rozdzielczością RBW=9 kHz i IFBW=200 Hz, zgodnie z wymaganiami CISPR. Każda seria obejmowała 10 minut stabilizacji cieplnej i trzy cykle pomiarowe. Do obciążenia użyto silnika BLDC z momentem 0.7 Nm, co zapewniło reprezentatywne warunki obciążeniowe.

Składnik	Parametr	Uwagi
Komora	GTEM 250	promieniowane EMI ≥30 MHz
LISN	50 Ω/50 µH	przewodzone 150 kHz–30 MHz
Falownik	3-fazowy, 16–20 kHz	MOSFET 80–100 V
Filtry	LC 220 µH/1 µF; 330 µH/470 nF	warianty A/B

Warianty snubberów: off / 100 Ω + 220 nF / 68 Ω + 330 nF
Niepewność pomiaru: ±2.5 dB
Czas obserwacji: 1 s/dwell

2. Analiza widmowa zakłóceń

Najbardziej krytyczne zakłócenia pojawiały się w zakresie 1.9–2.3 MHz, będąc efektem harmonicznych zboczy sygnału sterującego V_gs. Zjawisko to było dodatkowo modulowane ripplem zasilania pochodzącym z przetwornicy SMPS. Widmo zakłóceń przewodzonych w paśmie 0.15–10 MHz ukazuje dominujące piki, które w wariancie bez filtracji przekraczały limity CISPR 14-1 o 8–12 dBµV. Zastosowanie filtru LC oraz odpowiedniego snubbera pozwoliło obniżyć poziomy emisji poniżej granic normatywnych.

Charakterystyczne widmo zakłóceń przewodzonych – dane z LISN.

3. Wyniki pomiarów

Tabele przedstawiają uśrednione wartości emisji w trzech pasmach częstotliwości. Dla każdego wariantu wskazano status zgodności z limitem CISPR 14-1 (klasa B). Różnice między detektorami QP i AVG wynosiły średnio 2–4 dBµV, co mieści się w oczekiwanym zakresie.

Wariant	0.15–0.5 MHz [dBµV]	0.5–5 MHz	5–10 MHz	Status CISPR 14-1
A (bez filtrów)	64.9	73.4	61.1	FAIL
B (LC 220/1µF)	60.8	66.9	58.3	graniczne
C (LC 330/470nF + snubber 100/220nF)	59.1	62.4	56.2	PASS

Wariant C spełniał wymagania zarówno w QP, jak i AVG.
Największą poprawę obserwowano w paśmie 0.5–5 MHz, gdzie redukcja osiągnęła 11 dBµV.

4. Przebiegi czasowe i dynamika

Analiza przebiegów V_gs, V_ds oraz prądu fazowego wykazała silny wpływ rezystorów bramkowych na poziom emisji. Obniżenie Rg(HS) poprawiało kształt komutacji przy dużym obciążeniu, lecz zwiększało poziom zakłóceń wysokoczęstotliwościowych. Przyjęty kompromis 22 Ω dla tranzystora górnego i 15 Ω dla dolnego pozwolił utrzymać stabilność pracy przy zachowaniu zgodności EMI.

Vgs: ███__████__████__ (HS=22 Ω, LS=15 Ω)
Vds: ┌────┐  ┌────┐  ┌──   dv/dt ~ 9–11 V/ns
Iph: /\/\/\__/\/\/\__/\/\  ripple 280–340 mA

5. Dyskusja i porównania

Filtr LC o indukcyjności 330 µH skuteczniej tłumił zakłócenia wspólne w zakresie 150–500 kHz, natomiast wariant z mniejszą indukcyjnością 220 µH zapewniał lepszą odporność na zapady linii przy dynamicznych zmianach obciążenia. Zastosowanie snubbera 100 Ω/220 nF miało decydujące znaczenie dla redukcji emisji w paśmie 0.5–5 MHz. Geometria masy w topologii gwiazdy ograniczała sprzężenia pasożytnicze, co miało efekt porównywalny z doborem wartości rezystora bramkowego.

Potwierdzenie wyników uzyskano poprzez zestawienie z praktyką serwisową, m.in. notatkami serwisu AGD, gdzie analogiczne techniki filtracji i doboru snubberów stosowano w naprawach urządzeń gospodarstwa domowego z napędami BLDC. Dane te stanowią cenne odniesienie do praktycznej walidacji obserwowanych mechanizmów.

6. Podsumowanie

Pasmo 0.5–5 MHz krytyczne dla zgodności; snubber 100 Ω/220 nF najskuteczniejszy.
Filtr LC 330 µH/470 nF poprawia tłumienie przewodzone, ale obniża odporność na zakłócenia sieciowe.
Geometria prowadzenia masy i kompromis w doborze Rg(HS) stanowią element równoważny dla efektywności EMI jak sama filtracja.
Porównanie z dokumentacją serwisową AGD potwierdziło powtarzalność wyników w aplikacjach praktycznych.