大電流注入抗擾度（BCI）試驗能力驗證研究

張寧，黃權開，陳宇軍，郭錦添，邵華東，曾吉生

（威凱檢測技術有限公司，廣州 510663）

引言

能力驗證[1]是利用實驗室間比對，按照既定的評價準則參來判定參加者（實驗室）的能力的，有效且重要的外部質量評價活動。實驗室與能力驗證提供者評定機構都有責任和義務參加和組織能力驗證計劃[2]。

電磁兼容作為能力驗證電氣領域的子領域，目前國內主要PTP機構能提供的能力驗證項目較少，僅能覆蓋少數的電磁兼容測試項目。本文擬從能力驗證的角度出發，考慮汽車電子產品電磁兼容抗擾度試驗能力驗證有關標準的要求，研究開發一款用于道路車輛電子電氣部件大電流注入抗擾度試驗能力驗證計劃的樣品，并開展相應的能力驗證計劃，將樣品應用于能力驗證活動之中。就相關技術問題進行探討，希望對提升實驗室整體水平有所幫助。

1 能力驗證方案策劃

1.1 樣品制作

1.1.1 額定值和技術參數

供電電壓：DC（13±1）V；

匹配阻抗：50 Ω；

最大電流值：1 A；

頻率范圍：（1～400）MHz。

1.1.2 工作原理

道路車輛電子電氣部件大電流注入抗擾度能力驗證裝置，包括模擬負載，被封裝在內對外不可見的標準阻抗，其頻率范圍覆蓋DC-4GHz，最大駐波比1.25，能力驗證裝置還包括一根與標準阻抗阻抗匹配的同軸線，同軸線一端的外導體和內導體分別與所述標準阻抗的兩端相連。

1.1.3設計要求

1）樣品方便安裝，方便運輸攜帶；

2）模擬負載、同軸線、轉接頭等所有元件均采用50 Ω匹配阻抗；

3）大電流注入負載內部各電子元件的穩定性好，能保證大電流注入負載在長期使用及頻繁運輸后的穩定性。

1.1.4 加工過程控制要求

1）電源線采用50 Ω匹配阻抗的同軸線；

2）模擬電阻采用定制50 Ω匹配阻抗假負載；

3）轉接頭使用50 Ω匹配阻抗同軸轉接頭；

4）電子元件及線纜經過初步篩選后，由同批次生產加工制成。

1.1.5 包裝、存儲和運輸分發要求

1）能力驗證物品采用鋁合金箱子包裝；

2）存儲要求：陰涼、干燥、室溫下儲存。

3）運輸分發要求：快遞運輸。

1.1.6 樣品外觀圖

樣品外觀圖見圖1。

圖1 樣品外觀圖

1.2 檢測要求

1.2.1 依據標準

本次試驗可依據ISO 11452-4:2020Road vehicles-Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy-Part 4:Harness excitation methods、GB/T 33014.4-2016《道路車輛 電氣/電子部件對窄帶輻射電磁能的抗擾性試驗方法 第4部分：大電流注入（BCI）法》[3]及其它適用的標準。

1.2.2 試驗步驟

1）試驗溫度（23±5）℃，相對濕度（35～75）%，供電電壓調節到DC（13±1）V；

2）試驗使用替代法在屏蔽室中進行，采用組織機構提供的電源線束連接試驗盒與人工網絡，樣品采用遠端接地；

3）試驗布置：電源線束自然拉直放置在絕緣支架（高度50 mm、介電常數≤1.4）上，線束處于探頭的中間位置，注入探頭距離樣品（450±10）mm，測量探頭距離樣品（50±5）mm， DUT放置在相同的絕緣支架上，如圖2所示。

圖2 樣品布置圖

1.3 樣品發出前均勻性和穩定性檢驗

1.3.1 必要性

能力驗證計劃提供者應當對充分考慮能力驗證計劃樣品的本身與樣品之間的變異性，將“變異性”排除在不滿意結果的原因之外。可以通過均勻性檢驗和穩定性檢驗來驗證能力驗證樣品的檢測特性量。

1.3.2 樣品發出前均勻性檢驗

1）抽樣方式

能力驗證樣品在被包裝成最終形式之后，發給參加者之前，對能力驗證樣品進行全檢，每個樣品按重復性測試條件測試2次。

2）評價方法

采用單因子方差分析法對能力驗證樣品均勻性進行檢驗。

3）均勻性評定分析結果

能力驗證樣品發樣前，采用單因子方差分析法對能力驗證樣品進行均勻性評定。結果如表1所示。

從表1知，F≤F0.05（4,5），因此道路車輛電子電氣部件大電流注入抗擾度（BCI）試驗盒滿足均勻性要求。

表1 均勻性評定分析結果表（單位：V）（樣品發出前）

能力驗證樣品收回后的均勻性檢驗。結果如表2所示。

從表2知，道路車輛電子電氣部件大電流注入抗擾度（BCI）試驗盒滿足Ss≤0.3σpt準則，因此樣品是均勻的。

表2 樣品收回后均勻性評定分析結果

1.3.3 穩定性檢驗

1）抽樣方式

樣品發出前通過簡單隨機抽樣的方式抽取3個樣品作為穩定性檢驗樣品，對樣品進行環境試驗后，將每個樣品按重復性測試條件測試2次。

樣品流轉期間通過簡單隨機抽樣的方式抽取3個樣品作為穩定性檢驗樣品，按重復性測試條件測試2次。

樣品回收后通過簡單隨機抽樣的方式抽取3個樣品作為穩定性檢驗樣品，將每個樣品按重復性測試條件測試2次。

2）評價方法

樣品發出前利用t檢驗法分析能力驗證樣品的穩定性。

樣品流轉期間利用t檢驗法分析能力驗證樣品的穩定性。

3）環境試驗條件和設備

對抽取的3個樣品進行環境試驗，以模擬樣品的運輸過程。樣品的環境試驗條件和設備見下：

試驗條件：

①依據GB/T 4857.23-2012《包裝運輸包裝件基本試驗第23部分：垂直隨機振動試驗方法》[4]進行隨機振動試驗。

②取出能力驗證樣品，在（23±5）℃、相對濕度（35～75）%下放置24 h。

③試驗中用到的設備有：電動振動試驗系統、傳感器等。

4）穩定性評定分析結果

穩定性評定分析結果如表3所示。

從表3可知：t統計量小于tα（10）臨界值，表明在顯著性水平α=0.05時，道路車輛電子電氣部件大電流注入抗擾度（BCI）試驗盒滿足穩定性要求。

表3 穩定性評定分析結果（單位：V）（樣品發出前）

樣品流轉期間穩定性檢驗。

樣品流轉期間穩定性評定分析結果數據見表4。

從表4可知：t統計量小于tα（10）臨界值，表明在顯著性水平α=0.05時，道路車輛電子電氣部件大電流注入抗擾度（BCI）試驗盒滿足穩定性要求。

表4 樣品流轉期間穩定性評定分析結果（單位：mA）

樣品回收后穩定性檢驗。

全部能力驗證樣品返回后，再次對能力驗證樣品進行一次穩定性驗證。通過簡單隨機抽樣的方式抽取3個樣品作為穩定性檢驗樣品，重復測試2次。

利用準則法分析能力驗證樣品的穩定性，穩定性分析結果見表5。

從表5知，3個能力驗證樣品都滿足準則，因此，道路車輛電子電氣部件大電流注入抗擾度（BCI）試驗盒滿足穩定性要求。

表5 回收后穩定性評定分析結果表（單位：mA）

5）結論

從上所知，能力驗證樣品特性滿足穩定性要求。

2 不滿意原因分析及技術建議

2.1 不滿意原因分析

2.1.1 試驗操作

試驗過程中可能導致不滿意結果的原因有一下幾點：

1）試驗必須嚴格按照作業指導書要求執行，不得擅自更改試驗方法、樣品接線方式、供電電壓和樣品線速長度等，否者會導致實驗結果產生較大的偏離；

2）各個實驗室所用電流探頭大小型號不盡相同，應使測量線速在電流探頭孔徑圓點中心處穿過，保持轉換阻抗在誤差范圍內；

3）試驗過程中使用的5 cm高度絕緣平面材料不同，導致轉換阻抗不一致。

2.1.2 試驗儀器設備的校準證書

在參加能領驗證計劃之前，參加實驗室應對測量設備進行校準，但在試驗結果有問題或不滿意的參加實驗室中仍有實驗室未及時提供儀器設備的校準證書。測試人員或參加實驗室記錄測試結果時，應核查校準證書，必要時對檢測結果進行修正。

2.2 技術建議

2.2.1 測試場地

試驗應在屏蔽室中進行，避免環境可能對結果產生的影響。實驗室應定期對場地進行校驗，制定期間核查方案，以降低場地對測試結果的影響。

2.2.2 測試設備

測試設備是影響大電流注入測試結果的重要因素，其設備的準確度、穩定度等直接決定了測試結果的準確性。實驗室應定期對設備進行計量，確保試驗設備各參數滿足標準的要求。

2.2.3 測試布置

根據大電流注入的測試原理，其測試結果受DUT擺放和測試線束擺放的影響，同時受測試線束通過注入探頭以及測量探頭位置影響。因此GB/T 33014.4-2016標準中對測試中的DUT布置給出了明確要求。其中關鍵布置參數如下：

1）EUT和接地平面距離為（50±5）mm；

2）接地平面高度（900±100）mm；

3）接地平面最小尺寸：2 000 mm×1 000 mm；

4）支撐物介電常數：≤1.4；

5）注入探頭與DUT連接器距離：450 mm，測量探頭與DUT連接器距離：50 mm。

3 結論

本文結合道路車輛電子電氣部件大電流注入抗擾度（BCI）試驗能力驗證計劃，針對實驗室在試驗過程可能會出現的問題提出技術建議，分析實驗室數據產生差異的原因，也為參加實驗室提供了共同學習進步，提高檢測能力的平臺，達到了本次能力驗證的預期效果。