GJB 151系列標(biāo)準(zhǔn)中電源線尖峰傳導(dǎo)敏感度測(cè)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(zhèn)地區(qū)航空軍事代表室，江西 景德鎮(zhèn) 333001）

隨著大功率電力和電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，大型武器平臺(tái)，尤其是艦船平臺(tái)上大功率開(kāi)關(guān)器件動(dòng)作、電動(dòng)機(jī)等感性負(fù)載切換、電閘和繼電器動(dòng)作時(shí)，由于電壓電流的突然改變會(huì)產(chǎn)生高幅值、窄脈寬的瞬態(tài)尖峰電壓。瞬態(tài)尖峰電壓信號(hào)耦合疊加到攜帶著數(shù)字信息的傳輸線上，嚴(yán)重時(shí)改變時(shí)域信號(hào)的電平屬性，使信號(hào)傳輸產(chǎn)生誤碼，或者通過(guò)電源線直接耦合到敏感數(shù)字設(shè)備之中，導(dǎo)致邏輯芯片的錯(cuò)判使得數(shù)字設(shè)備誤判斷或者誤操作。過(guò)高幅度的尖峰干擾還有可能超過(guò)電子器件、電子設(shè)備可承受電壓的限制，直接導(dǎo)致其燒毀。

為控制尖峰傳導(dǎo)干擾對(duì)電子設(shè)備的損害，提高設(shè)備瞬態(tài)電壓的抗干擾能力，各國(guó)電磁兼容軍用標(biāo)準(zhǔn)中大都設(shè)置了尖峰傳導(dǎo)敏感度測(cè)試項(xiàng)目，來(lái)模擬電網(wǎng)上產(chǎn)生的瞬態(tài)尖峰電壓對(duì)設(shè)備的干擾作用。

20世紀(jì)80年代初開(kāi)始，我國(guó)國(guó)家軍用電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)從GJB 151—1986，GJB 152—1986發(fā)展到GJB 151B—2013版本，都對(duì)電源線尖峰傳導(dǎo)敏感度測(cè)試項(xiàng)目作出了明確要求。美國(guó)國(guó)防部（DoD）頒布用于控制設(shè)備和分系統(tǒng)的電磁干擾特性的 MIL-STD-461系列標(biāo)準(zhǔn)中雖然在一些版本中取消了該項(xiàng)目，但在2007年頒布的461F版本中重新恢復(fù)了該項(xiàng)目。GB/T 17626.4中設(shè)置了類似的電快速瞬變脈沖群試驗(yàn)來(lái)模擬電感性負(fù)載在切換瞬態(tài)過(guò)程中的干擾，世界通用標(biāo)準(zhǔn)RTCA/DO-160F民用航空電子設(shè)備電磁兼容性要求中也設(shè)置該項(xiàng)目。對(duì)比這些標(biāo)準(zhǔn)，尤其是GJB 151系列標(biāo)準(zhǔn)中該項(xiàng)目的改變，對(duì)比分析其中試驗(yàn)要求、試驗(yàn)方法等的變化，有利于了解該項(xiàng)目的發(fā)展變化軌跡，為電磁兼容工程測(cè)試人員貫徹執(zhí)行該項(xiàng)目提供參考。

1 測(cè)試項(xiàng)目對(duì)比[1-6]

1.1 標(biāo)準(zhǔn)版本演變與對(duì)應(yīng)

GJB 151系列標(biāo)準(zhǔn)在借鑒美軍標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上結(jié)合裝備實(shí)際制定，從GJB 151—1986，GJB 152—1986版本，經(jīng)歷GJB 151A—1997，GJB 152A—1997版本，發(fā)展到現(xiàn)在的 GJB 151B—2013版，頒布執(zhí)行近 30余年都保留了電源線尖峰傳導(dǎo)敏感度測(cè)試項(xiàng)目[7-9]。美軍 461系列標(biāo)準(zhǔn)從首次頒布到現(xiàn)在最新的 G版本歷經(jīng)了50年，先后頒布了8個(gè)版本，在461D，461E兩個(gè)版本中取消了該項(xiàng)目，但在461F版本中被恢復(fù)后又在461G版中重新被刪除。國(guó)內(nèi)外電磁兼容性典型軍用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表1。

表1 國(guó)內(nèi)外軍用電磁兼容性典型標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)關(guān)系

1.2 適用平臺(tái)

GJB 151中CS06項(xiàng)目對(duì)大部分平臺(tái)的電子的設(shè)備適用，具體見(jiàn)表2。

表2 GJB 151中CS06項(xiàng)目適用平臺(tái)表

GJB 151A中CS106項(xiàng)目對(duì)所有平臺(tái)的適用性都為“S”，即由訂購(gòu)單位在訂購(gòu)規(guī)范中對(duì)適用性和極限要求作詳細(xì)規(guī)定。GJB 151B中CS106項(xiàng)目對(duì)水面艦船和潛艇平臺(tái)適用性為“A”。即該項(xiàng)目適用。其他平臺(tái)的適用性都為“S”，即由訂購(gòu)單位在訂購(gòu)規(guī)范中對(duì)適用性和極限要求作詳細(xì)規(guī)定。

1.3 測(cè)試方法對(duì)比

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

1.3.1 測(cè)試對(duì)象

GJB 151中規(guī)定CS06項(xiàng)目和GJB 151A中CS106項(xiàng)目都要求應(yīng)在所有不接地的交流和直流輸入電源線上進(jìn)行。GIB 151B中CS106項(xiàng)目要求適用于潛艇、水面艦船設(shè)備和分系統(tǒng)的交流和直流輸入電源線，不包括地線和回線，即只對(duì)高位線和相線有要求。

1.3.2 測(cè)試布置

GJB 152A與GJB 152中CS106項(xiàng)目測(cè)試布置一致，對(duì)于交流供電的設(shè)備采用串聯(lián)注入，測(cè)試布置如圖1所示。對(duì)于直流供電的設(shè)備采用并聯(lián)注入，測(cè)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(cè)試結(jié)果，且對(duì)尖峰信號(hào)發(fā)生器的輸出僅規(guī)定阻抗不大于2 Ω，既沒(méi)有規(guī)定是否有隔直電容，也沒(méi)有規(guī)定耐受供電電壓的指標(biāo)，所以刪除了并聯(lián)注入法，只保留串聯(lián)注入法，增加了△和 Y型連接三相電源的測(cè)試配置。在測(cè)試設(shè)備和測(cè)試配置方面，電源輸入端串入LISN（人工阻抗網(wǎng)絡(luò)），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(dāng)電源回線與屏蔽室地不相連時(shí)試驗(yàn)電壓的監(jiān)測(cè)。圖3給出了單相AC或DC電源的測(cè)試配置。GJB 151B中允許采用差分探頭進(jìn)行測(cè)試，此時(shí)示波器既可以不通過(guò)隔離變壓器供電，又可繼續(xù)保持地線連接，避免電擊危害。

1.4 尖峰干擾信號(hào)特征

信號(hào)源方面，GJB 152，GJB 152A在脈沖寬度、脈沖重復(fù)頻率、源阻抗等方面對(duì)信號(hào)源特性作出明確要求，而GJB 151B中只對(duì)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(duì)實(shí)驗(yàn)波形限定的參數(shù)只有脈沖幅度和脈沖寬度，試驗(yàn)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(hào)波形見(jiàn)圖4。GJB 151B中對(duì)實(shí)驗(yàn)波形規(guī)定了正向脈沖電壓、負(fù)向脈沖電壓、脈沖上升時(shí)間、脈沖下降時(shí)間、正向脈沖持續(xù)時(shí)間和負(fù)向脈沖持續(xù)時(shí)間等6個(gè)參數(shù)，并對(duì)上升時(shí)間、下降時(shí)間和脈沖寬度規(guī)定了允差要求，其脈沖寬度的定義從0%～0%峰值，尖峰信號(hào)波形見(jiàn)圖5[10]。

2 思考與建議

1）從標(biāo)準(zhǔn)的變化版本看，GJB 151系列標(biāo)準(zhǔn)雖大部分等效采用美軍標(biāo)準(zhǔn)，但在很多方面是結(jié)合裝備實(shí)際發(fā)展而來(lái)。美軍標(biāo)461F中電源線尖峰傳導(dǎo)項(xiàng)目只對(duì)艦船和潛艇作出了要求，而工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)電感負(fù)載切換、電閘切換和繼電器切換引起瞬態(tài)電壓的現(xiàn)象也存在于其他平臺(tái)，因此GJB 151B對(duì)其他平臺(tái)也提出要求。另外，GJB 151系列標(biāo)準(zhǔn)中一直保留有電源線尖峰傳導(dǎo)敏感度測(cè)試項(xiàng)目，并沒(méi)有隨美軍標(biāo)在部分版本中取消。這是因?yàn)樵擁?xiàng)測(cè)試在工程中為電子設(shè)備提高尖峰傳導(dǎo)干擾能力發(fā)揮了重要作用，得到了各方認(rèn)可，認(rèn)為有必要繼續(xù)執(zhí)行，一些工程測(cè)試中，也一直對(duì)該項(xiàng)目有要求，且幅值比400 V還高。

2）從項(xiàng)目適用平臺(tái)的變化看，標(biāo)準(zhǔn)的要求更趨科學(xué)合理。對(duì)比 GJB 151系列標(biāo)準(zhǔn)中適用平臺(tái)的范圍，從最初的各種平臺(tái)的帶半導(dǎo)體器件的設(shè)備都作要求，到目前只對(duì)艦船、潛艇平臺(tái)作出硬性要求，標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用更為接近工程實(shí)際，標(biāo)準(zhǔn)的要求更趨科學(xué)合理，減少了不必要的檢測(cè)任務(wù)，節(jié)約了裝備研制成本。

3）從項(xiàng)目測(cè)試方法的變化看，干擾機(jī)理研究更加深入，試驗(yàn)手段更加完善。GJB 151B中明確只對(duì)高位線和相線有要求說(shuō)明對(duì)設(shè)備尖峰瞬態(tài)電壓的干擾機(jī)理研究得更加深入。測(cè)試配置中增加LISN是為了保護(hù)干擾信號(hào)對(duì)上級(jí)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(jiān)測(cè)干擾信號(hào)的大小，避免人員和儀器電擊危害。試驗(yàn)手段更加科學(xué)完善。

4）從干擾信號(hào)的變化來(lái)看，這是裝備發(fā)展的具體特征體現(xiàn)，是長(zhǎng)期數(shù)據(jù)積累的結(jié)果。美軍標(biāo) 461F中尖峰傳導(dǎo)敏感度信號(hào)的特征既是美軍在一定時(shí)期內(nèi)對(duì)平臺(tái)裝備上產(chǎn)生的瞬態(tài)干擾長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、積累的有效反映，也是對(duì)實(shí)驗(yàn)方法研究的直接體現(xiàn)。美軍標(biāo)461G中，美軍認(rèn)為通過(guò)電源線直接注入的尖峰傳導(dǎo)信號(hào)耦合到EUT信號(hào)線上信號(hào)的小于CS115項(xiàng)目直接注入到信號(hào)線內(nèi)的干擾信號(hào)大小，且干擾信號(hào)特征更具有代表性，因此取消了 CS106項(xiàng)目[11]。美軍標(biāo)準(zhǔn)中28年來(lái)CS106項(xiàng)目的變更是美軍裝備發(fā)展的最直接反映，值得借鑒。GJB 151B雖等效采用美軍標(biāo)461F中的結(jié)果，但也啟發(fā)了裝備工作者在工程中應(yīng)注重積累和收集裝備中瞬態(tài)電壓干擾的共性特征，有必要將其體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)中，更好地為裝備研制服務(wù)。

3 結(jié)語(yǔ)

為提高電子、電氣設(shè)備對(duì)瞬態(tài)尖峰電壓的抗干擾能力， GJB 151系列標(biāo)準(zhǔn)中都設(shè)置了電源線尖峰傳導(dǎo)敏感度測(cè)試項(xiàng)目（CS106）來(lái)模擬電網(wǎng)上產(chǎn)生的瞬態(tài)尖峰電壓對(duì)設(shè)備的干擾作用。文中從GJB 151系列標(biāo)準(zhǔn)的版本演變出發(fā)，梳理了 CS106項(xiàng)目的發(fā)展軌跡，通過(guò)對(duì)比各版本中 CS106項(xiàng)目的適用平臺(tái)、測(cè)試方法、干擾信號(hào)特征等，得到了各版標(biāo)準(zhǔn)中該項(xiàng)目的主要差異。最后，結(jié)合美軍461系列標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展變化，從四個(gè)方面分析了變化的原因，為電磁兼容考核標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)發(fā)展給出了思考建議，為電磁兼容工程測(cè)試人員貫徹執(zhí)行該項(xiàng)目提供了參考，對(duì)促進(jìn)GJB 151系列標(biāo)準(zhǔn)中CS106項(xiàng)目的理解和貫徹具有參考意義。

[1] GJB 151B—2013, 軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測(cè)量[S].

[2] GJB 151A—1997, 軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求[S].

[3] GJB 152A—1997, 軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測(cè)量[S].

[4] GJB 151—1986, 軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求[S].

[5] GJB 152—1986, 軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測(cè)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(biāo)準(zhǔn)的差異分析[C]// it時(shí)代周刊論文專版.2015.

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

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