GJB 151系列標準中電源線尖峰傳導敏感度測試變化分析

吳文力，江忠英，孟繁巍，陳銳

（1.海軍研究院，上海 200235；2.海軍駐景德鎮地區航空軍事代表室，江西 景德鎮 333001）

隨著大功率電力和電子設備的廣泛應用，大型武器平臺，尤其是艦船平臺上大功率開關器件動作、電動機等感性負載切換、電閘和繼電器動作時，由于電壓電流的突然改變會產生高幅值、窄脈寬的瞬態尖峰電壓。瞬態尖峰電壓信號耦合疊加到攜帶著數字信息的傳輸線上，嚴重時改變時域信號的電平屬性，使信號傳輸產生誤碼，或者通過電源線直接耦合到敏感數字設備之中，導致邏輯芯片的錯判使得數字設備誤判斷或者誤操作。過高幅度的尖峰干擾還有可能超過電子器件、電子設備可承受電壓的限制，直接導致其燒毀。

為控制尖峰傳導干擾對電子設備的損害，提高設備瞬態電壓的抗干擾能力，各國電磁兼容軍用標準中大都設置了尖峰傳導敏感度測試項目，來模擬電網上產生的瞬態尖峰電壓對設備的干擾作用。

20世紀80年代初開始，我國國家軍用電磁兼容性標準從GJB 151—1986，GJB 152—1986發展到GJB 151B—2013版本，都對電源線尖峰傳導敏感度測試項目作出了明確要求。美國國防部（DoD）頒布用于控制設備和分系統的電磁干擾特性的 MIL-STD-461系列標準中雖然在一些版本中取消了該項目，但在2007年頒布的461F版本中重新恢復了該項目。GB/T 17626.4中設置了類似的電快速瞬變脈沖群試驗來模擬電感性負載在切換瞬態過程中的干擾，世界通用標準RTCA/DO-160F民用航空電子設備電磁兼容性要求中也設置該項目。對比這些標準，尤其是GJB 151系列標準中該項目的改變，對比分析其中試驗要求、試驗方法等的變化，有利于了解該項目的發展變化軌跡，為電磁兼容工程測試人員貫徹執行該項目提供參考。

1 測試項目對比[1-6]

1.1 標準版本演變與對應

GJB 151系列標準在借鑒美軍標準的基礎上結合裝備實際制定，從GJB 151—1986，GJB 152—1986版本，經歷GJB 151A—1997，GJB 152A—1997版本，發展到現在的 GJB 151B—2013版，頒布執行近 30余年都保留了電源線尖峰傳導敏感度測試項目[7-9]。美軍 461系列標準從首次頒布到現在最新的 G版本歷經了50年，先后頒布了8個版本，在461D，461E兩個版本中取消了該項目，但在461F版本中被恢復后又在461G版中重新被刪除。國內外電磁兼容性典型軍用標準對應關系見表1。

表1 國內外軍用電磁兼容性典型標準對應關系

1.2 適用平臺

GJB 151中CS06項目對大部分平臺的電子的設備適用，具體見表2。

表2 GJB 151中CS06項目適用平臺表

GJB 151A中CS106項目對所有平臺的適用性都為“S”，即由訂購單位在訂購規范中對適用性和極限要求作詳細規定。GJB 151B中CS106項目對水面艦船和潛艇平臺適用性為“A”。即該項目適用。其他平臺的適用性都為“S”，即由訂購單位在訂購規范中對適用性和極限要求作詳細規定。

1.3 測試方法對比

由于GJB 151A，GJB 152A等效采用美軍標MILSTD-461D，MIL-STD-462D，該版本中取消了 CS106項目，而GJB 151A，GJB 152A中保留GJB 151，GJB 152中的CS06項目，因此，GJB 152A中CS106項目與GJB 152中CS06項目測試方法基本一致。

1.3.1 測試對象

GJB 151中規定CS06項目和GJB 151A中CS106項目都要求應在所有不接地的交流和直流輸入電源線上進行。GIB 151B中CS106項目要求適用于潛艇、水面艦船設備和分系統的交流和直流輸入電源線，不包括地線和回線，即只對高位線和相線有要求。

1.3.2 測試布置

GJB 152A與GJB 152中CS106項目測試布置一致，對于交流供電的設備采用串聯注入，測試布置如圖1所示。對于直流供電的設備采用并聯注入，測試布置如圖2所示。

GJB 151B中為了避免不同方法得出不同的測試結果，且對尖峰信號發生器的輸出僅規定阻抗不大于2 Ω，既沒有規定是否有隔直電容，也沒有規定耐受供電電壓的指標，所以刪除了并聯注入法，只保留串聯注入法，增加了△和 Y型連接三相電源的測試配置。在測試設備和測試配置方面，電源輸入端串入LISN（人工阻抗網絡），示波器電源輸入端增加了隔離變壓器，將示波器浮地，用于當電源回線與屏蔽室地不相連時試驗電壓的監測。圖3給出了單相AC或DC電源的測試配置。GJB 151B中允許采用差分探頭進行測試，此時示波器既可以不通過隔離變壓器供電，又可繼續保持地線連接，避免電擊危害。

1.4 尖峰干擾信號特征

信號源方面，GJB 152，GJB 152A在脈沖寬度、脈沖重復頻率、源阻抗等方面對信號源特性作出明確要求，而GJB 151B中只對源阻抗作出了要求，源阻抗從0.06 Ω增加到2 Ω。

GJB 152、GJB 152A中對實驗波形限定的參數只有脈沖幅度和脈沖寬度，試驗脈沖寬度有 0.15，5，10 s三種，其脈沖寬度定義從 50%～0%峰值，尖峰信號波形見圖4。GJB 151B中對實驗波形規定了正向脈沖電壓、負向脈沖電壓、脈沖上升時間、脈沖下降時間、正向脈沖持續時間和負向脈沖持續時間等6個參數，并對上升時間、下降時間和脈沖寬度規定了允差要求，其脈沖寬度的定義從0%～0%峰值，尖峰信號波形見圖5[10]。

2 思考與建議

1）從標準的變化版本看，GJB 151系列標準雖大部分等效采用美軍標準，但在很多方面是結合裝備實際發展而來。美軍標461F中電源線尖峰傳導項目只對艦船和潛艇作出了要求，而工程應用中發現電感負載切換、電閘切換和繼電器切換引起瞬態電壓的現象也存在于其他平臺，因此GJB 151B對其他平臺也提出要求。另外，GJB 151系列標準中一直保留有電源線尖峰傳導敏感度測試項目，并沒有隨美軍標在部分版本中取消。這是因為該項測試在工程中為電子設備提高尖峰傳導干擾能力發揮了重要作用，得到了各方認可，認為有必要繼續執行，一些工程測試中，也一直對該項目有要求，且幅值比400 V還高。

2）從項目適用平臺的變化看，標準的要求更趨科學合理。對比 GJB 151系列標準中適用平臺的范圍，從最初的各種平臺的帶半導體器件的設備都作要求，到目前只對艦船、潛艇平臺作出硬性要求，標準的應用更為接近工程實際，標準的要求更趨科學合理，減少了不必要的檢測任務，節約了裝備研制成本。

3）從項目測試方法的變化看，干擾機理研究更加深入，試驗手段更加完善。GJB 151B中明確只對高位線和相線有要求說明對設備尖峰瞬態電壓的干擾機理研究得更加深入。測試配置中增加LISN是為了保護干擾信號對上級電源的沖擊，增加隔離變壓器將示波器浮地、允許使用差分探頭監測干擾信號的大小，避免人員和儀器電擊危害。試驗手段更加科學完善。

4）從干擾信號的變化來看，這是裝備發展的具體特征體現，是長期數據積累的結果。美軍標 461F中尖峰傳導敏感度信號的特征既是美軍在一定時期內對平臺裝備上產生的瞬態干擾長期監測、積累的有效反映，也是對實驗方法研究的直接體現。美軍標461G中，美軍認為通過電源線直接注入的尖峰傳導信號耦合到EUT信號線上信號的小于CS115項目直接注入到信號線內的干擾信號大小，且干擾信號特征更具有代表性，因此取消了 CS106項目[11]。美軍標準中28年來CS106項目的變更是美軍裝備發展的最直接反映，值得借鑒。GJB 151B雖等效采用美軍標461F中的結果，但也啟發了裝備工作者在工程中應注重積累和收集裝備中瞬態電壓干擾的共性特征，有必要將其體現在標準中，更好地為裝備研制服務。

3 結語

為提高電子、電氣設備對瞬態尖峰電壓的抗干擾能力， GJB 151系列標準中都設置了電源線尖峰傳導敏感度測試項目（CS106）來模擬電網上產生的瞬態尖峰電壓對設備的干擾作用。文中從GJB 151系列標準的版本演變出發，梳理了 CS106項目的發展軌跡，通過對比各版本中 CS106項目的適用平臺、測試方法、干擾信號特征等，得到了各版標準中該項目的主要差異。最后，結合美軍461系列標準的發展變化，從四個方面分析了變化的原因，為電磁兼容考核標準的建設發展給出了思考建議，為電磁兼容工程測試人員貫徹執行該項目提供了參考，對促進GJB 151系列標準中CS106項目的理解和貫徹具有參考意義。

[1] GJB 151B—2013, 軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求與測量[S].

[2] GJB 151A—1997, 軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求[S].

[3] GJB 152A—1997, 軍用設備和分系統電磁發射和敏感度測量[S].

[4] GJB 151—1986, 軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求[S].

[5] GJB 152—1986, 軍用設備和分系統電磁發射和敏感度測量[S].

[6] MIL-STD-461F, Requirements for the Control of Electromagnetic Interference Characteristics of Subsystems and Equipment[S].

[7] 韋忱. GJB 151B—2013與GJB 151A—1997, GJB 152A—1997標準的差異分析[C]// it時代周刊論文專版.2015.

[8] 曹斌, 蔡明娟. GJB 151B與GJB 151A對艦船裝備電磁兼容性要求的對比分析[J]. 船舶, 2017, 28(3)： 72-78.

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