電磁兼容（150kHz～30MHz）傳導(dǎo)干擾新測試方法的研究和應(yīng)用*

陳慶雄 張衛(wèi)華 蔣笑林

（湖南省市場監(jiān)管局湖南省計量檢測研究院 長沙 410018）

1 引言

隨著電子行業(yè)的高速發(fā)展，作為電子產(chǎn)品的驅(qū)動源，也在產(chǎn)品的功能高度集中和電源接口統(tǒng)一度中有了新的要求，在過去，大電流型電源專用于軌道交通、逆變器等特殊行業(yè)，而目前大電流型電源廣泛應(yīng)用于大型醫(yī)療設(shè)備、LED大顯示屏、音頻功放以及家電產(chǎn)品等。新的需求和應(yīng)用提供了便利性和操控性的同時，也會產(chǎn)生一系列的關(guān)于安全、可靠性和電磁兼容性的問題。

對于電磁兼容問題，傳導(dǎo)騷擾作為考究產(chǎn)品合格的重要項目，是國內(nèi)3C認證和國外認證的重要組成部分，而一般的實驗室和企業(yè)配備傳導(dǎo)騷擾測試設(shè)備LISN（人工電源網(wǎng)絡(luò)）的電流限制在16A以內(nèi)，怎樣在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上準(zhǔn)確測量出大電流（超過16A電流以上）產(chǎn)品的干擾值，本文從原理的角度進行分析，提出一種合理的測試方法，同時用實際產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行驗證分析，以便能夠?qū)嶒炇壹捌髽I(yè)的認證和預(yù)認證有幫助。

2 標(biāo)準(zhǔn)測試方法

2.1 測試標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備

電磁兼容中傳導(dǎo)騷擾項目依據(jù)的方法標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 9254-2008《信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限值和測量方法》，本案列的傳導(dǎo)干擾試驗在屏蔽室進行，測量設(shè)備采用德國R&S廠家生產(chǎn)的型號為ESR3的接收機、型號為ESH2-Z5和ENV216的人工電源網(wǎng)絡(luò)，測試頻段為0.15kHz～30MHz，限值為GB/T 9254-2008中定義的A類限值。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗場地保證噪聲電平至少低于標(biāo)準(zhǔn)限值6dB［1］，本實驗室通過測量環(huán)境噪聲電平（被測設(shè)備不工作）予以確定，保證環(huán)境噪聲電平滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，測試布置圖如圖1，AC電網(wǎng)將工頻電壓輸送給輸入端口，通過去耦電路進行濾波，并給連接至EUT端口的EUT提供工頻電壓，EUT工作時產(chǎn)生的傳導(dǎo)騷擾經(jīng)過耦合電路送至測試模式電路，由控制電路決定選擇一種測試模式，測量結(jié)果經(jīng)由射頻輸出端口輸出至接收機［2］。

圖1 傳導(dǎo)騷擾測試布置圖

2.2 采樣原理

根據(jù)人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如圖2），電源端部分C1、C2、L1和L2是用于濾除電源端的高頻干擾噪聲，能夠保證給被測設(shè)備（EUT）電源供電的純潔度，滿足環(huán)境噪聲電平的標(biāo)準(zhǔn)要求；C3、C4是用于提取被測設(shè)備（EUT）中的傳導(dǎo)騷擾噪聲電壓；R1、R3用于測量C3、C4提取的噪聲電流，并將噪聲電流轉(zhuǎn)化為噪聲電壓；R2、R4用于R1、R3斷開時為C3、C4提供放電通路。

圖2 人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN）電路拓撲結(jié)構(gòu)

圖中C1、C2值為1μF，C3、C4值為0.1μF，R1、R3為50Ω，R2、R4為1kΩ，L1、L2為50μH［3］。人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN）與被測設(shè)備用L、N、G三根線相連，圖中實線帶箭頭部分為被測設(shè)備電源火線和零線對地的傳導(dǎo)噪聲電壓，稱作為“共模傳導(dǎo)噪聲”；虛線帶箭頭部分為被測設(shè)備電源火線和零線之間的傳導(dǎo)噪聲電壓，稱為“差模傳導(dǎo)噪聲”。最終由噪聲接收端測量到被測設(shè)備EUT產(chǎn)生的電磁干擾的混合信號，包括共模噪聲Vcm和差模噪聲Vdm［4］。

3 新方法研究及驗證

3.1 新方法的目的和接線方式

實驗室日常檢測中，我們會經(jīng)常碰到16A以上電流的被測設(shè)備，在滿載的情況下，一般實驗室配備的人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN）如ENV216限流16A的電源輸出，大電流的被測設(shè)備長時間通電有可能會損壞采樣設(shè)備的核心部件以及發(fā)熱引起的各種問題，導(dǎo)致測試儀器損壞及數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，按照GB/T 9254-2008中標(biāo)準(zhǔn)要求需采購新的大電流人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN）、電壓探頭或者電流探頭來進行測試，考慮到成本問題，能否利用現(xiàn)有人工電源網(wǎng)絡(luò)測出被測設(shè)備的傳導(dǎo)騷擾噪聲？

在分析人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN）的拓撲結(jié)構(gòu)中，我們能夠得出，被測設(shè)備產(chǎn)生的共模噪聲Vcm和差模噪聲Vdm組合而成的混合干擾電壓信號，為C3、C4和R1、R3采樣至接收機，所以在將人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN）的輸入端L、N、PE三線直接連接被測設(shè)備，將被測設(shè)備的輸入端并聯(lián)引出三線L、N、PE接入人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN）輸出端口，如圖3，也就是說，將人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN）的供電功能去除，只作為干擾信號的采樣。

圖3 傳導(dǎo)騷擾測試布置圖

3.2 標(biāo)準(zhǔn)方法和新方法的測試數(shù)據(jù)

我們以一款規(guī)格為18A的開關(guān)電源（輸入220V、50Hz）為例進行驗證，確認方法能否可行。測試中首先以限流25A的人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN）型號為ESH2-Z5進行標(biāo)準(zhǔn)采樣，接收機為型號ESR3進行數(shù)據(jù)，按照圖1的連接方式，接收機按照步進9kHz，頻率范圍為150kHz～30MHz，得到測試曲線，在所得曲線上共選取8個頻點的傳導(dǎo)騷擾電平準(zhǔn)峰值和平均值［5］做比較，如圖4。

同時，在選用型號為ESR3的接收機和限流以16A的人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN）型號為ENV216進行標(biāo)準(zhǔn)測試，按照圖3的連接方式，接收機同樣按照步進9kHz［6～11］，頻率范圍為150kHz～30MHz得到測試曲線，同樣在所得曲線上選取如圖4相同的8個頻點的傳導(dǎo)騷擾電平準(zhǔn)峰值及平均值，如圖5。

圖4 按照圖1連接方式得出的測試曲線圖

圖5 按照圖3連接方式得出的測試曲線圖

3.3 測試數(shù)據(jù)對比及差異分析

通過比對圖4和圖5，在測試曲線的150kHz～3MHz之間，兩種測試方式得出的曲線在走勢上是一致的，選取了150kHz～3MHz內(nèi)的六個有典型意義的頻點的傳導(dǎo)騷擾電平峰值做比較（選取的頻率點為開關(guān)電源的開關(guān)頻率倍頻點，具有可比性），兩者測試結(jié)果相當(dāng)接近，最大差異在298kHz處，相差值為1.48dB，該點的差異主要是被測設(shè)備的布置及樣品發(fā)熱等原因造成。

而在3MHz～30MHz之間的曲線走勢有點不同，源于開關(guān)電源的開關(guān)頻率倍頻在高頻所產(chǎn)生的干擾弱化，產(chǎn)生干擾的典型值沒有低頻部分具有可比性，同時也和LISN的兩種接線方式有區(qū)別，圖4的曲線比較平整，分析認為接線人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN）電源端部分C1、C2、L1和L2是用于濾除電源端的高頻干擾噪聲，而圖3的測試連接方式?jīng)]有濾除高頻噪聲部分，故兩者在高頻范圍還是稍微有差別，在圖3連接圖中被測設(shè)備電源供電端加入32A人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN），后端的曲線完全一致，所以能夠認為這兩種方式都真實反應(yīng)被測設(shè)備所產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾。

4 方法的應(yīng)用

通過以上分析和驗證，該測量方法能夠準(zhǔn)確得到被測設(shè)備的噪聲干擾［12］，然而在現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中如GB/T 9254、GB/T13837等都沒有傳導(dǎo)干擾替代測量方式的定義，所以不能夠作為產(chǎn)品的正式認證方法，可用來做以下的應(yīng)用方式。

1）應(yīng)用于傳導(dǎo)干擾的比對樣品。傳導(dǎo)干擾［13～15］的比對樣品一般為梳妝波發(fā)生器，在150kHz～30MHz范圍內(nèi)以5kHz的間隔產(chǎn)生一個諧波序列，在信號源與負載之間按照圖3的方式引出3線L、N、PE接入斷開輸入端的人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN），然后在接收機中讀出比對頻率的干擾值。

2）應(yīng)用于大電流產(chǎn)品的傳導(dǎo)干擾預(yù)認證測試。在無大電流的人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN）的情況下，直接引入產(chǎn)品供電線至斷開輸入端的人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN），讀取測試頻率范圍的干擾值。

3）應(yīng)用于電源產(chǎn)品的輸出端傳導(dǎo)干擾測試。由于輸出端的傳導(dǎo)干擾會影響到后端電路或者產(chǎn)品的電磁兼容性問題，逆變器、開關(guān)電源等產(chǎn)品的輸出端傳導(dǎo)干擾受到越來越多廠家的重視，同樣在產(chǎn)品的輸出和負載之間引線至斷開輸入端的人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN），測量出干擾值。

5 結(jié)語

在通過分析人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN）的電路結(jié)構(gòu)，根據(jù)其采樣方式得出新的傳導(dǎo)干擾測量連接圖，能夠準(zhǔn)確可靠地測量L/N線的共模和差模混合干擾，可以用于一般的傳導(dǎo)騷擾測量。可以突破人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN）本身的電流限值，進行更大電流產(chǎn)品的傳導(dǎo)干擾測量。