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传导骚扰的测试要点其及对策
浏览次数:2583次 发布日期:2012-6-12
 
电子和电气设备在测量其电磁骚扰发射时,都要测试其电
源端的传导骚扰电压的发射,尽管不同的设备依据的试验
标准不同,但采用的试验方法还是相同的,本讲座就来说
明电子、电气设备中的传导骚扰测试要点,以及测试不达
标时可以采取的对策。

1 测试传导骚扰发射的试验配置、试验方法和试验报告
电子和电气设备的传导骚扰发射试验一般在屏蔽室中进行,
基本的试验仪器是两件:人工电源网络(50Ω/50μH)和
带有峰值、准峰值检波和平均值检波功能的干扰接收机
(150kHz~30MHz)。
考虑到成本问题,在企业里可考虑采用有预测试功能的干
扰接收机来替代认在证实验室里所采用的正规仪器(与认
证实验室采用的正规干扰接收机相比,有预测试功能的干
扰接收机的测试精度略为低些,但价格只是正规干机接收
机的1/4~1/10)。采用这种配置来开展产品质量改进,和
产品性能的预测试,其测试能力还是绰绰有余的。下面两
张图片是测试产品(台式设备)传导骚扰的基本试验配置。

电源端子传导骚扰测量中台式EUT的布置


说明:
1 如果悬垂的电缆的末端与水平接地平板的距离不足40cm、又不能缩短
至适宜的长度,那么超长的部分应来回折叠成长30~40cm的线束。
2 电源线的超长部分应在其中心折叠成线束或缩短至适宜的长度。
3 EUT与一个AMN相连。所有的AMN和ISN也可与垂直接地平板或金属
侧壁相连。
a) 系统中所有其他的单元均通过另外一个AMN供电。多插座的电源板
可供多个电源线使用;
b) AMN和ISN与EUT之间的距离应为80cm,AMN与其他的单元和其
他金属平面之间的距离至少为80cm。
c) 电源线和信号电缆的整体应尽量放在离垂直接地平板40cm的位置。
4 手动操作的装置(如键盘、鼠标等)应按正常使用时的位置放置。
5 除了监视器,其他外设和控制器之间的距离应为10cm,如果条件允许,
监视器可直接放置在控制器上。
6 用于外部连接的I/O信号电缆。
7 如需要,可以使用适当的终端阻抗端接那些不与AE相连的I/O电缆。
8 如果使用电流探头,应将电流探头放在离ISN 0.lm远处。

电源端子传导发射测量示意图(在半电波暗室)


试验程序及注意事项
(1)试验程序
以台式EUT为例,给出一般的试验程序仅供参考。试验人员
可结合具体情况拟定试验大纲及试验程序,以保障测量的科
学性、有效性和可重复性。
a) 严格按照前面两张图进行试验布置和连接;
b) 测量环境电平,确认环境电平比相应限值低6dB;
c) 按送试单位要求或产品说明书中的规定选择相应的限值(A
级或B级);
d) 按上述原则选择EUT的工作状态,并使之投入运行;
e) 按后面一张图的步骤,在150kHz~30MHz频率范围内,
依次对电源线中的每根载流线(相线和中线)进行测量;
f) 先进行初测,找出最大骚扰所对应的工作状态和频率;
g) 进行最终测试,记录测量数据。

传导测量判定树

(2)注意事项
在试验过程中需注意以下方面:
a) 保持受试单元之间的“相对位置”,注意连接线的走向、
摆放和电源线的捆扎长度和方式;
b) 受试电源线必须单独与AMN相连,其他的可连接到多用
插头上,再通过插头连接到另一个AMN上;
c) AMN所体现的实际阻抗是取决于被试设备与AMN的连接
情况,为了避免出现试验过程中的阻抗不稳定,两者之间
的连接必须牢靠,否则会影响测量结果,还会损坏测量
设备;
d) 放置在木制、规定高度(如,在半电波暗室或开阔场,为
40cm;在屏蔽室,为80cm)的试验桌上,与AMN保持规
定的距离;
e)为了保证测试结果有重复性和可比性,被试设备至少要
预热足够长的时间,要让被试品的工作状态达到稳定。
f)合理设置频率步进和动态范围,扫描速度要足够低,以
便能捕捉每一次谐波的峰值,并有针对性地对已知信号
(如开关频率信号,时钟信号)进行测量;为了准确,有时
还需对较大的骚扰信号加以分析,反复核对;

g) 从传导测量判定树可以看到,测量中先用峰值测量法对
整个试验频段进行扫描,如果峰值测量己经低于准峰值
和平均值测量限值,则相应频段的准峰值和平均值检波
测量可以不做,被试设备即已通过传导骚扰的发射试验
。这是因为在三种检波测量中,峰值检波的测量速度最
快(在测量频率范围内,所化的测量时间为最少),而
得到的测量值总是最高,因此当峰值检波的测量值已经
低于标准所规定的准峰值和平均值限值时,被试设备自
当通过所有试验,而不存任何疑虑。只有峰值测量高于
准峰值和平均值限值的部分,才要补做准峰值和平均值
的测量。这一试验方法对于提高试验效率十分有效。
在整个测量中,只有峰值或准峰值低于平均值限值时,
试验才可停止,否则还应继续进行平均值测量;
h) 对于落地式设备,EUT应直接放在接地平板上,接触点
与正常使用一致,但不能有金属接触。

试验报告
试验报告应至少包含有以下方面的信息:
a) 有关EUT及其支持设备(如果存在)的完整描述;
b) 有关电缆和设备方位的完整说明;
c) 选择模块的类型和数量的理由;
d) 选择单元的理由;
e) 每根载流线的测量数据(频率和电平);
f) 试验场所(暗室或屏蔽室)、测量设备和辅助设备的名称、
型号等;
g) EUT的工作状态。

此外还要注意:
a) 标准明确规定:“当测量值超过L-20dB (L为限值)电平
时,应至少记录6个最大的骚扰电平值及其所对应的频率”。
因此在试验报告中,对于电源端子,针对每根载流线应至
少提供6个数据(电平和频率)。
b) 供试验报告用的数据应是进行处理过的数据,即经过必
要的修正(如考虑了电缆损耗,AMN的校准系数等);对于
符合性试验,还要按相应的公式对数据进行统计处理。
c) 试验报告除应包括试验环境、试验设备、试验场所和试
验数据等内容以外,为了能重现试验结果,还应包括试验
时所选择的工作状态和试验布置的记录(如照片或其他的形
式),以及试验人员自主选择机型或连接线的理由和相关信
息(如品牌、型号,连接线的尺寸,是否屏蔽等)。

2 对传导骚扰测量结果的数值分析
下图是传导骚扰测量线路的等效线路。


实际的测量结果有如下几种可能:
1) 在R1和R2上的测量电压大体上相等,而且测量电压在标
准所规定的限值范围内;
2) 在R1和R2上的测量电压大体上相等,但测量电压超出标
准所规定的限值范围;
3) 在R1和R2上的测量电压不等,但测量电压在标准所规定
的限值范围内;
4) 在R1和R2上的测量电压不等,而测量电压超出标准所规
定的限值范围。
对于1、3两种结果,由于测量结果己经在标准所限定的范
围内,所以我们不必作过多辨别,已经可以认定被试设备
通过这项试验了。
对于2,有两种可能的情况:要么差模电流ID很小,
IC1≈IC2;要么差模电流ID很大,使得IC1≈-IC2,只是测
量仪器无法辨别相位,使得测值的大小大体相等。
对于4,都是共模电流IC和差模电流ID共同作用的结果,只
是成份的比例与⑵不同。

作为一般规律,如果测量结果是在1~2MHz以下超标的,
通常是差模超标的可能性比较大;反之,在1~2MHz以上
超标,则是共模超标的可能性比较大。
为了使企业内部的摸底试验与试验站的测试结果相符(即到
试验站试验时能够一次通过),在摸底试验阶段的测试结果
至少要比标准规定的限值压低2dB(最好能达到6dB)。这
2dB意味着我们已经考虑了试验仪器和试验方法不一致时带
来的测试误差,而6dB代表设计中的余量。

3 电源线滤波器的一般概念
前面已经引进了差模和共模的传导骚扰概念,作为抑制电
子和电气设备的差模和共模传导骚扰,电源线滤波器是一
种非常有用的器件,本节介绍电源线滤波器的一般概念。
电子和电气设备电源输入端的滤波器是由电感和电容构成
的低通滤波器,为了在所需的阻带内获得最大衰减,滤波
器与被抑制的噪声源的阻抗应当相反。即对低阻抗的噪声
源,滤波器应当用高阻抗来与它配合(通常是用大的串联
电感来担当);对于高阻抗的噪声源,滤波器则应采用低
阻抗来与它配合。目的是使变频器所产生的噪声,在经过
输入滤波器的衰减后,真正进入电网的变频器噪声是足够
小的,是符合各级标准要求的。

按照这个原则,针对电子和电气设备输入开关电源的开关
频率谐波的声源阻抗是高阻抗的,所以与它对应的滤波器
输出端(滤波器跨接在电网与开关电源之间,通常与电网
连接的部分称为滤波器的输入端,因此与电子和电气设备
相配合的部分被称为输出端)应当是低阻抗的电容器
(CX2)。对于交流电网来说,火线与中线之间是低阻抗的,
故与之对应的滤波器输入端应当是高阻抗的,线路中用差
模电感LDM担当。如果还想进一步抑制电网中的差模噪声,
可以在滤波器的输入端(L和N的线间)并联一个差模电容
CX1,条件是CX1的容抗要比交流电网中的线间阻抗还要低
得多,所以CX电容一般用得比较大。

合成后的差模滤波电路如下图所示。
LDXLNL′
输出
N′
输入CX1CX2

同样,针对电子和电气设备所产生的共模噪声来说,滤波
器输出端(L′与N′,它们同时也是电子和电气设备的输入
端)的对地电容CY1和CY2也是必须的,它们不仅是共模噪
声的滤除电容,同时还为开关晶体管工作时因漏极电压变
动,通过它与散热器之间分布电容所产生的共模电流返回
开关电源初级回路高压直流电源提供通路。
为了进一步衰减电子和电气设备工作时所产生的共模噪声,
还可以在CY1和CY2后面串联一个电感量比较大的共模电感
LCM,利用共模电感对频率相对较高的共模噪声有比较高
的感抗,使得共模噪声得到进一步衰减。

最后,一个完整的、对共模和差模骚扰都有抑制能力的滤
波器的电路见下图所示。图中,没有专门设置差模电感,
而是利用共模电感绕制中的不完全对称所形成的一个寄生
的差模电感来担当的。如果一节滤波不够,可以采用两节
滤波电路。如果一节滤波,共模指标达标,差模尚有欠缺
时,可以在滤波器输出端再增加两个差模电感。
LCX1LCX2LN
输入CX1CX2CY1CY2GND
L′
输出
N′
实用滤波器线路(这里仅给出单相、单级滤波的原理线路)

4 在电子和电气设备电磁骚扰测试中滤波器的实际使用效
果和性能改进意见
作为改进电子和电气设备对电磁骚扰发射抑制能力的一项
有力措施,滤波器通常都能有效地改善电子和电气设备的
骚扰发射这一指标,使之达到标准所规定的限值之内。但
是实践表明,有时并不能保证在所有频率点上的骚扰发射
全部都能进入标准所规定的限值之内。究其原因,部分可
能是安装上的原因,使得滤波器的效用没有充分发挥出来;
更大部分的原因则是实际使用环境中的滤波器与电源以及
电子和电气设备的阻抗严重失配。

在CISPR的第17号出版物《无源无线电干扰滤波器及抑制
元件抑制特性的测量方法》中提出,为了能将各种实验室
内测得的,或由各家制造厂上报的射频抑制元件抑制特性
的测量结果作一番比较,必须采用标准测试法。
所谓标准测量法,在测量滤波器的抑制特性时,应将输入
端和输出端接上等值的固定电阻,电阻值通常是50Ω(这
就是说一般所提供的滤波器插入损耗曲线实际上是在
50Ω/50Ω系统里测得的)。
该出版物又指出,所测得的特性与实际观察到的特性可能
会有所不同,这是因为在测量期间,终端阻抗与实际设备
中使用的阻抗并不相同。在通带内外的一些频率上使用时,
特别是在电抗元件起支配作用的等效电路中接入仅含有电
抗元件的滤波器的情况下,可能会产生插入损耗。为此,
在该出版物中又提出了一种电源滤波器的近似测量法,这
种滤波器的插入损耗不是在50Ω/50Ω系统中测得的,而是
在0.1Ω/100Ω(或100Ω/0.1Ω)系统中测得的。以便较好
地反映电源滤波器的实际使用特性。

下图是一款典型三相(带中线)160A滤波器的插入损耗曲
线,其中A是在50Ω/50Ω系统中测到的差模插入损耗;B是
在50Ω/50Ω系统中测到的共模插入损耗;C是在
0.1Ω/100Ω系统中测到的差模插入损耗;D是在100Ω/0.1Ω
系统中测到的差模插入损耗。以图中这些曲线相比(特别
是曲线A与曲线C以及曲线D相比),可以看出50Ω/50Ω系
统与非50Ω/50Ω系统的测试结果还是有很大差异,特别是
在阻带较低频段的一些频率上有很大差异。
频率Hz




图中,A:50Ω/50Ω系统中的差模插入损
耗;B:50Ω/50Ω系统中的共模插入损耗;
C:0.1Ω/100Ω系统中的差模插入损耗;D:
100Ω/0.1Ω系统中的差模插入损耗。

在了解滤波器由于阻抗失配所造成的插入损耗特性变差的
道理后,这样对于采用滤波器抑制电子和电气设备的电磁
骚扰发射,在个别频点上的发射超差也就不足为怪了。这
里有几点值得思考与改进:
①首先,电子和电气设备本身要有一定程度的电磁骚扰发
射的抑制能力。我们不能设想一台没有任何电磁骚扰抑制
措施的电子和电气设备,在把全部骚扰抑制责任交付给一
台滤波器后,便能顺利通过全部电磁骚扰发射的测试。

②不同的滤波器内部结构决定了滤波器对电磁骚扰的抑制
能力是不同的,因此在电子和电气设备采用滤波器后,离电
磁骚扰限值超标不多的情况下,通过选择不同的滤波器是有
可能达标的。特别是选择内部滤波级数较多的滤波器(例如
内部为两级和三级的滤波器)是比较容易通过电磁骚扰发射
试验的,当然化费的代价要比单级滤波器为多。
③对于电子和电气设备采用滤波器后在个别频点超差不多
时,如果被试电子和电气设备已经定型,且日后的滤波器用
量又很大,则建议电子和电气设备的生产厂与滤波器的生产
厂联络,由滤波器生产厂适当调整滤波器参数,使电子和电
气设备的电磁骚扰发射情况最终达标。
④对于电子和电气设备采用滤波器后在个别频点超差不多
的情况,也可以考虑在滤波器外面添加一些元器件来帮助该
电子和电气设备的电磁骚扰发射情况达标。

作为寻找改进电子和电气设备电磁骚扰发射特性的线索,我
们不妨回顾本讲座第2节的叙述:“作为一般规律,如果测量
结果是在1~2MHz以下超标,通常是差模超标的可能性比较
大;反之,在1~2MHz以上差标,则是共模超标的可能性比
较大”。
作为差模超标,最简单的处理办法就是在滤波器的输入端增
加相应的差模电容的容量。当然在滤波器的输出端增加由铁
粉芯材料作为铁芯的差模电感也是可以的。
作为共模超标,如果超标的频率比较高(例如接近30MHz),
可以在滤波器输出端的引线上套铁氧体磁筒(EMI磁芯)。
此外,在滤波器输出端入串一个共模电感,或在滤波器输入
端对接地端子并联适当容量的共模电容,只是最后一个办法
在一定程度上增加了滤波器的对地泄漏电流。

5 电子和电气设备以及电源线滤波器在使用中的注意事项
在安装电子和电气设备时,为了尽可能地减少系统射频干
扰,以便达到电磁兼容的目的,必须注意一些基本点,通
常有三个关键,分别是接地、屏蔽和滤波。
5.1 接地
①使用尽可能大的接地导体,例如用机箱作为接地平面。
②要有低阻抗的接地通路。为此,接地线要粗,要采用多
股的接地线,同时接地线的连接要尽可能地短,以保证接
地线有比较低的高频阻抗。
③为了达到低阻抗的连接目的,必须将机箱上连接接地线
处的油漆去除干净。
④接地的本身也是为了更好地满足安全的要求。
⑤在机箱中,所有的接地点都必须是低阻抗的,必要时还
要定期校验这些点的低阻抗连接情况。

5.2 屏蔽
屏蔽的目的是为了阻止不希望发生的电磁辐射进入机箱,
同时也阻止电子和电气设备产生的电磁骚扰进入电子和电
气设备周围的空间。基于这一想法,屏蔽本身就应该与机
箱以及电缆结合在一起考虑。
①电子和电气设备里的开关元件是电子和电气设备射频骚
扰的主要来源。当电子和电气设备安装在机箱里面时,机
箱便成了设备的第一重电气屏蔽。
②出于对电磁兼容和机械安装的考虑,从电子和电气设备
出来及进入到控制对象和测量单元去的电缆必须采用屏蔽
措施。
③系统里的三种屏蔽(指电子和电气设备机箱,电缆的层
蔽层,以及控制对象和测量单元的机箱)必须有效地连接
在一起。
⑤上述电缆的屏蔽层不允许有断开的现象发生。
⑥屏蔽系统必须设计成在MHz范围内是低阻抗的。
⑦机箱内部所有的板材都要求是低阻抗的连接。
⑧为了达到低阻抗的连接,有时需要添加一些紧固件,油
漆要去除,必要时可以使用连接衬垫。

5.3 滤波
当干扰电流通过公共电源线,或通过电源线以辐射形式进入
系统,将使系统工作的可靠性受到影响。使用滤波器可阻止
干扰电流进入电源线。
①滤波器的额定工作温度为40℃,滤波器在40℃以下环境内
工作时,不需要采用强制风冷或散热板,便能工作在满负载
下。
②滤波器与电子和电气设备要安装在同一块底板上,滤波器
与电子和电气设备,以及安装板之间要有低阻抗的高频连接。
③滤波器必须尽可能地靠近电子和电气设备的电源输入端子,
一般两者之间的距离不超过30cm。如果两者分开,且相互
之间的距离超过30cm时,则必须使用粗的电缆,还要保证
电缆线与滤波器,以及电缆线与电子和电气设备之间的连接
是高频低阻抗的。
④在电源线滤波器上设有专门的接地端子,这个端子与滤波
器的安装机架间要有低阻抗的连接。
⑤注意,配合电子和电气设备使用的电源线滤波器可能会产
生较高的泄漏电流。
⑥为安全起见,特别要注意,在滤波器接电源之前,必须与
地之间有良好的接地连接。

5.4 其他必须采取的措施
除了上面提到的接地、屏蔽和滤波措施外,还要注意以下
各点,以便有效减小干扰。
①在整个电子和电气设备系统中,信号电缆、控制电缆与
电源电缆要分开走线,在大多数情况下,线与线之间的距
离要达到20cm在右,防止相互之间通过分布电感或电容的
耦合。
②当信号电缆、控制电缆必须与电源电缆有交叉时,则两
者之间的交叉角度要尽可能地接近于90°。
③当有多于一组的电缆要进入或离开机箱时,通常只在一
组电缆上采用滤波器是不够的,在这种情况下,即使改用
一个高性能的滤波器也不能奏效,最好的办法是在每一组
电缆上都加滤波器。但是要注意滤波器与布线,一组已经
经过滤波处理的走线,绝对不能与还没有经过滤波处理的
走线捆扎在一起,或相互靠近且平行布线。

最后,有两张硬件布置图,提供大家在电子、电气设备和滤
波器安装时作参考。
机箱或后板
最大30cm
电子、电
气设备
滤波器
有屏蔽的电子、
电气设备电缆
电子、电气
设备电缆
屏蔽层应当
360°有效
接地
后板(接地)

机箱或后板
电子、电
气设备1
电子、电
气设备2
控制线1
控制线2
滤波器
360°有效接地

 
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