電源線尖峰信號(hào)時(shí)域傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試方法解讀與改進(jìn)

王月焜，李彥，江朝軍

（1.遵義市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)院，遵義 563099；2.公牛集團(tuán)股份有限公司，慈溪 315314）

引言

電源線尖峰信號(hào)時(shí)域傳導(dǎo)發(fā)射項(xiàng)目是電磁兼容試驗(yàn)和供電兼容試驗(yàn)中的一項(xiàng)常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)目，用于考核受試品(以下簡(jiǎn)稱EUT)在各種開關(guān)切換瞬間，沿電源線向外發(fā)射的尖峰電壓信號(hào)，其數(shù)次操作產(chǎn)生的最大的正負(fù)尖峰電壓應(yīng)滿足相應(yīng)限值要求。在實(shí)際測(cè)試過程中，因?yàn)闇y(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的差異、標(biāo)準(zhǔn)本身的不詳盡，常常導(dǎo)致該項(xiàng)目測(cè)試結(jié)果判斷不準(zhǔn)確。本文主要分析了幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間的差異和存在的缺陷，提出該項(xiàng)目試驗(yàn)的改進(jìn)方法。

1 標(biāo)準(zhǔn)中的試驗(yàn)方法與缺陷

1.1 軍用設(shè)備電磁兼容試驗(yàn)

在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》中，CE107 電源線尖峰信號(hào)時(shí)域傳導(dǎo)發(fā)射試驗(yàn)布置如圖1 所示，由圖中可以看出，電源輸入和LISN 之間無開關(guān)，EUT 的電源開關(guān)和狀態(tài)切換開關(guān)隱含在EUT 框圖內(nèi)。試驗(yàn)中，連接在LISN 電源輸出線和地線之間的示波器上一直存在輸出電壓，當(dāng)切換電源開關(guān)和狀態(tài)開關(guān)時(shí)，EUT 引起的電壓尖峰信號(hào)直接疊加在輸出電源線上。

圖1 軍標(biāo)試驗(yàn)布置

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，尖峰信號(hào)的幅值以開關(guān)操作瞬間出現(xiàn)在電源電壓波形處的電壓為基準(zhǔn)，不是以示波器縱軸的0 V 為基準(zhǔn)[1]。對(duì)于直流供電產(chǎn)品，示波器采用直流耦合很容易讀出電壓變化，但是對(duì)于交流供電產(chǎn)品電壓尖峰有時(shí)候監(jiān)測(cè)不明顯，尖峰信號(hào)判讀較為困難。

總的來說，以上試驗(yàn)存在兩方面的缺陷。

1）試驗(yàn)認(rèn)為電源開關(guān)和狀態(tài)切換開關(guān)隱含在EUT 內(nèi)，而事實(shí)是許多研制產(chǎn)品自身不帶電源開關(guān)，但對(duì)產(chǎn)品通斷瞬間的尖峰發(fā)射信號(hào)確有要求，試驗(yàn)時(shí)只得外接開關(guān)替代，由于缺乏對(duì)開關(guān)的規(guī)定和操作差異性，該試驗(yàn)的一致性和可重復(fù)性較低。

2）如圖2 所示為220 V/50 Hz 交流供電產(chǎn)品試驗(yàn)截圖，若按標(biāo)準(zhǔn)要求從電壓變化波形處開始讀取尖峰信號(hào)，變化的電壓值為426.25 V，其值遠(yuǎn)超出220 V 的+50 %，即110 V 限值。顯然該電壓變化波形不像產(chǎn)生了尖峰信號(hào)，也無法從中讀出辦峰值脈沖寬度，因此該結(jié)果判讀方式存在缺陷。

圖2 交流產(chǎn)品開關(guān)閉合波形

1.2 飛機(jī)用電設(shè)備供電兼容試驗(yàn)

在某型號(hào)飛機(jī)用電設(shè)備供電兼容試驗(yàn)方法中，電源線尖峰信號(hào)時(shí)域傳導(dǎo)發(fā)射試驗(yàn)布置如圖3 所示，由圖中可以看出，電源輸入和LISN 之間的正線連接了接觸器，開關(guān)K 控制接觸器的通斷，進(jìn)而控制EUT 的通斷來測(cè)量尖峰信號(hào)，因此默認(rèn)EUT 框圖內(nèi)不存在開關(guān)，或開關(guān)應(yīng)保持常閉狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)。除此以外，該方法完全引用了GJB 151B-2013 中的結(jié)果判讀原則，顯然此時(shí)示波器上并不是一直存在輸出電壓，典型的直流EUT上電波形如圖4所示。

圖3 飛機(jī)用電設(shè)備試驗(yàn)布置

以上試驗(yàn)同樣存在兩方面的缺陷。

1）雖然試驗(yàn)統(tǒng)一了EUT 通斷開關(guān)為輸入電源和LISN 之間的接觸器，但沒有對(duì)該接觸器進(jìn)行規(guī)定，試驗(yàn)的可重復(fù)性較差；同時(shí)，對(duì)于自身具備電源開關(guān)的產(chǎn)品考核不全面。

2）在尖峰電壓讀取時(shí)存在較大的缺陷。如圖4 所示，若按照GJB 151B-2013 中的要求，尖峰信號(hào)從電壓變化瞬間開始計(jì)算，則從0 V 上升到穩(wěn)態(tài)的電壓就已超出了+50 %的極限要求，圖4 為典型的阻性負(fù)載上電波形，其尖峰信號(hào)超標(biāo)的結(jié)論顯然不合理。如此計(jì)算，還存在幾乎所有測(cè)試結(jié)論均不合格的情況。

圖4 直流EUT 上電波形

1.3 汽車電子電磁兼容試驗(yàn)

在GB/T 21437.2-2008《道路車輛 由傳導(dǎo)和耦合引起的電騷擾第2 部分：沿電源線的電瞬態(tài)傳導(dǎo)》標(biāo)準(zhǔn)中，電壓瞬態(tài)發(fā)射試驗(yàn)等同于上述的電壓尖峰時(shí)域傳導(dǎo)發(fā)射試驗(yàn)，其試驗(yàn)布置如圖5 所示，該標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)人工網(wǎng)絡(luò)AMN 和通斷開關(guān)S 進(jìn)行了規(guī)范，負(fù)線接地，尖峰電壓即為正負(fù)線之間產(chǎn)生的電壓，每根電源線不再單獨(dú)對(duì)地測(cè)試。

圖5 汽車電子試驗(yàn)布置

標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)尖峰電壓的規(guī)定是以示波器的0 V 為基準(zhǔn)，記錄含有最大正幅度和最大負(fù)幅度（及與之相關(guān)的參數(shù)）的波形[2]。

以上試驗(yàn)雖然在測(cè)試過程中沒有爭(zhēng)議，但是對(duì)于產(chǎn)品自身具備電源開關(guān)，以及產(chǎn)品本身就是開關(guān)和接觸器一類的產(chǎn)品，沒有真正考核到產(chǎn)品的性能，存在缺陷。

2 試驗(yàn)方法與結(jié)果判讀改進(jìn)

根據(jù)以上分析發(fā)現(xiàn)，難以對(duì)所有類型產(chǎn)品執(zhí)行統(tǒng)一的試驗(yàn)方法，因此建議將產(chǎn)品分為如下兩類進(jìn)行試驗(yàn)。

2.1 帶開關(guān)試驗(yàn)產(chǎn)品

對(duì)自身無開關(guān)產(chǎn)品和開關(guān)一類產(chǎn)品在頂層試驗(yàn)大綱規(guī)劃時(shí)，應(yīng)盡量協(xié)調(diào)配套產(chǎn)品一起進(jìn)行試驗(yàn)，否則按后續(xù)規(guī)定執(zhí)行；開關(guān)一類產(chǎn)品單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)帶相同阻值的阻性負(fù)載進(jìn)行試驗(yàn)，以上兩類產(chǎn)品試驗(yàn)方法同自身帶開關(guān)產(chǎn)品一樣，試驗(yàn)布置參照?qǐng)D1 進(jìn)行。

2.2 不帶開關(guān)試驗(yàn)產(chǎn)品

自身無開關(guān)產(chǎn)品單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，依據(jù)飛機(jī)用電設(shè)備供電兼容試驗(yàn)方法，如圖3 所示，將標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)連接在電源輸入和LISN 之間，并對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)作出統(tǒng)一規(guī)定，規(guī)定可參照GB/T 21437.2-2008 中對(duì)汽車?yán)^電器的要求。

2.3 結(jié)果判讀方法

電源線尖峰信號(hào)時(shí)域傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試是為了限制在產(chǎn)品操作瞬間產(chǎn)生的電壓尖峰，以免影響周圍的電路和負(fù)載正常工作，主要影響因素是電壓尖峰的幅值和電壓變化時(shí)間，因此建議修改結(jié)果判讀規(guī)定如下：

正尖峰為超出上限穩(wěn)態(tài)包絡(luò)的電壓值，負(fù)尖峰為超出下限穩(wěn)態(tài)包絡(luò)的電壓值，交直流供電的極限值均為額定電壓的±50 %，記錄電壓的變化時(shí)間，而不僅是半峰值脈沖寬度，這將有利于對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行更全面的分析評(píng)估。

3 總結(jié)

電源線尖峰信號(hào)時(shí)域傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試在軍用設(shè)備、汽車電子和飛機(jī)用電設(shè)備的兼容性測(cè)試中都具有重要意義，限制電源線上發(fā)射的尖峰電壓信號(hào)，有利于避免相鄰電路受到過壓沖擊和電磁干擾，是許多EUT 必不可少的試驗(yàn)項(xiàng)目。在制定各標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，考慮的現(xiàn)場(chǎng)情況也許不夠全面，筆者根據(jù)多年的一線試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和同行交流，未能完全解決個(gè)人困惑，因此立足試驗(yàn)?zāi)康模岢隽松鲜鲈囼?yàn)方法和結(jié)果判讀原則，以供同行交流指正。