cISPR25中傳導發(fā)射（電壓法）測試線束的影響

鄭萌，邵華東，李百豐，方毅杰，張嘉華

（威凱檢測技術(shù)有限公司, 廣州 510663）

引言

從地球表面到人造衛(wèi)星活動的近千米空間內(nèi)處處存在著電磁波，電和磁無時無刻不在影響著人們的生活及生產(chǎn)，電磁能的廣泛應用，使工業(yè)技術(shù)的發(fā)展日新月異。

電磁兼容性（EMc）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMc包括兩個方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值；另一方面是指器具對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。

電磁干擾的傳播途徑可分為兩種：傳導干擾和輻射干擾。沿著導體傳播的干擾稱為傳導干擾，其傳播方式有電耦合、磁耦合和電磁耦合。通過空間以電磁波形式傳播的電磁干擾稱為輻射干擾，其傳播方式有近區(qū)場感應耦合和遠區(qū)場輻射耦臺。此外，傳導干擾與輻射干擾還可能同時存在，從而形成復合干擾。

一般來說，EMc就是很多種電氣和電子設(shè)備在同一個復雜的電磁環(huán)境中共存，按照一定的限值來滿足產(chǎn)品所要達到的標準要求的一種工作能力，實現(xiàn)“兼容”的狀態(tài)[1]。

1 傳導發(fā)射測試

傳導發(fā)射測試，只要有電源線的產(chǎn)品都會涉及到，信號/控制線也有傳導發(fā)射的要求。主要的測試設(shè)備有測量接收機，人工電源網(wǎng)絡，電壓探頭。接收機是電磁兼容性測試中應用最廣、最進本的測量儀器。人工電源網(wǎng)絡可以隔離電源干擾，提供穩(wěn)定的測試阻抗，并起到濾波的作用。如果被測設(shè)備電流較大，沒有合適的人工電源網(wǎng)絡可以用，也可直接用電壓探頭來測量電源端的騷擾電壓。

傳導發(fā)射測試被測設(shè)備工作時通過電源線、信號線向外發(fā)射的干擾信號，測試這些能量是否超過標準要求的界限值，從而保證其他設(shè)備免受干擾。cISPR25中分為class1～class5一共5個等級，其中class5的要求最嚴格，一般汽車行業(yè)會選擇class3到class5。按照接收機測試得到的頻譜是否低于標準要求的限值，來判斷測試是否通過。cISPR25規(guī)定了峰值、準峰值、平均值限值，按照標準要求，峰值和平均值低于限值，或者準峰值+平均值低于限值即可判定通過。由于準峰值的測試時間長，一般按照峰值和平均值檢波器來測試。

圖1中人工電源網(wǎng)絡由電感、電容組成濾波器，防止射頻干擾信號從供電電源傳導到被測設(shè)備，同時，也防止被測設(shè)備的干擾信號進入供電電源，從而起到隔離作用。并且僅將被測設(shè)備的干擾電壓耦合到測量接收機的輸入端。當端接EMI接收機時，儀器內(nèi)部標準阻抗為50 Ω，50 Ω電阻上的電壓為傳導發(fā)射電壓[2]。

2 標準中的測試方法

標準cISPR25:2016規(guī)定了汽車零部件傳導發(fā)射-電壓法測試遠端接地和近端接地布置。被測件遠端接地，指車輛電源回線大于200 mm，每一條線（電源正極線和電源回線）都應相對于參考接地平面進行電壓測量，如圖2所示；近端接地，指車輛電源回線小于或等于200 mm，電源正極線應相對于參考接地平面進行電壓測量。被測件放置在非導電、低相對介電常數(shù)（εr≤ 1.4）材料上，距參考接地平面上方50±5 mm的位置。人工網(wǎng)絡連接器與被測件連接器之間的電源線長度應為為20～40 cm；對于12 V電氣系統(tǒng)，直流供電電源電壓為12～14 V；對于24 V電氣系統(tǒng)，直流供電電源電壓為24～28 V。電源線傳導發(fā)射測量通過連接測量設(shè)備和相應的人工網(wǎng)絡測量端口依次對電源正極線和電源回線進行測量，未被測量電源線對應的人工網(wǎng)絡的測量端口端接50 Ω負載。

圖2 傳導發(fā)射測試-電壓法-遠端接地-布置示意圖

3 線束的衰減測試

線束傳輸電磁能量，發(fā)生衰減必不可免。我們選取的線束原材料包含內(nèi)導體（多股細銅線）、外包的絕緣材料（PVc）。導體衰減所占的比例遠大于絕緣材質(zhì)所占的比例。由于趨膚效應，電信號主要集中在導體的外表面?zhèn)鞑ィ魧w出現(xiàn)氧化，線束的衰減也會增加。由于線束本身的結(jié)構(gòu)及特性阻抗不均勻性，電壓駐波比也必然存在，傳輸于線束中的能量，一部分被反射，返回到發(fā)射端，造成傳輸信號的能量損失。

標準cISPR25:2016及GB/T 18655-2018描述的是采用的電源線長度為200～400 mm。電源線在低頻下呈電阻特性，高頻下呈感性及阻性，正負極之間呈容性。分析電源的阻抗及插入損耗特性，測試線束的高頻等效模型如圖3所示。

圖3 線束高頻等效模型

通過分布參數(shù)分析為：L1為正極線束的等效電感，RS1為正極線束的等效電阻，L2為負極線束的等效電感，RS2為負極線束的等效電阻，cp為正負線束之間的等效電容。感抗XL=2πfL，頻率越高，感抗越大。容抗Xc=1/(2πfc)，頻率越高，電容的阻礙作用越小。電阻R=ρl/S，隨著線束長度增加，電阻增大。

我們選取三種不同長度的線束，20 cm、30 cm、40 cm，使用網(wǎng)絡分析儀進行線束的衰減測試，布置如圖4，分別測試線束插入損耗。測試頻率范圍為10 kHz～108 MHz，得出的結(jié)果如圖5和表1所示。

圖4 測試線束插入損耗

從圖5和表1中數(shù)據(jù)分析，在10 MHz以內(nèi)，20 cm、30 cm、40 cm線束的插入損耗基本一致，10 MHz以上，差異逐步變大，在108 MHz，20 cm與40 cm的插入損耗差異達到3.51 dB。

表1 插入損耗(dB)

圖5 不同長度線束插入損耗

4 梳狀信號發(fā)生器

采用梳狀信號發(fā)生器，能作為每次測試前的快速校驗，從而發(fā)現(xiàn)測試系統(tǒng)中存在的問題，確保每次測試結(jié)果是正確的和可信的。梳狀信號發(fā)生器作為穩(wěn)定、即插即用的參考源，可以快速有效地驗證測試系統(tǒng)，保證測量結(jié)果的可重復性。梳狀信號發(fā)生器為模擬發(fā)生器，利用階躍恢復二極管的非線性電抗特性或者雙極性晶體管的非線性電阻特性，實現(xiàn)一定周期的脈沖信號輸出[3]。

我們使用梳狀信號發(fā)生器，進行20、30、40 cm不線束進行測試，表3為主要頻點測試結(jié)果。通過結(jié)果分析，不同長度的線束，插入損耗有差異，等效阻抗不同，樣品實際測試結(jié)果也會偏差。

表3 不同長度線束測試結(jié)果

6 結(jié)束語

文中分析和研究了不同長度測試線束條件下，傳導發(fā)射-電壓法的測試，并在實驗室中繼續(xù)了測試與驗證，發(fā)現(xiàn)結(jié)果差異確實存在，這也增加了傳導發(fā)射-電壓法同長度線束的PK值測試，主要頻點結(jié)果如表2所示。20 cm的結(jié)果PK值隨著頻率的逐步減小，30 cm的結(jié)果PK值在98 MHz附近有一個拐點，40 cm的結(jié)果PK值在83 MHz附件有一個拐點。出現(xiàn)拐點的主要原因是線束長度引起的等效阻抗不同，導致測試結(jié)果不同。

表2 測試PK值 ( dBuV )

5 車燈的電壓法測試

車燈作為車輛典型電氣電子設(shè)備，既是車輛夜間行駛在道路照明的工具，也是發(fā)出各種車輛行駛信號的提示工具。隨著LED成為車燈的光源，車燈的功能變得越來越豐富，電子驅(qū)動及控制電路也越來越復雜，LED車燈的驅(qū)動及控制部分都會造成電磁兼容問題。汽車燈具的驅(qū)動的控制部分一般有以下幾種類型：電阻限流驅(qū)動、線性恒流驅(qū)動、開關(guān)電源恒流驅(qū)動、電機控制模塊以及一些包含微處理器的控制器。其中控制包含有源器件，如運放、集成芯片，一般需要測試傳導發(fā)射、輻射發(fā)射、傳導抗干擾、輻射抗干擾、靜電放電抗干擾等測試[4]。

為了驗證具體樣品的線束長度的影響，使用一款LED車燈樣品進行驗證，分別使用20、30、40 cm長度測試的不確定度。cISPR25標準對于線束長度給出了范圍值，當不同長度線束測試結(jié)果差異較大時，如何進行判定，是需要繼續(xù)研究探討的問題。