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电磁兼容测试时连接典型负载的重要性麻俐

发表时间：2020/5/15 来源：《基层建设》2020年第3期作者：麻俐

[导读] 摘要：在电磁兼容测试中，由于电子产品带不同的负载及负载接地与否，均对测试结果有重大影响，因此，为了保证试验结果的准确性，必须按标准连接典型负载进行测试。

        南宁燎旺车灯股份有限公司广西南宁 530000
        摘要：在电磁兼容测试中，由于电子产品带不同的负载及负载接地与否，均对测试结果有重大影响，因此，为了保证试验结果的准确性，必须按标准连接典型负载进行测试。本文分析了在电磁兼容性测试中连接典型负载的重要性。
        关键词：电磁兼容；典型负载；重要性
        前言：
        电子产品的使用会引起电磁干扰，电子产品的日益广泛使用造成了电子产品间的相互干扰。而界定电子产品产生的电磁干扰是否符合标准，需进行电磁兼容试验。众所周知，不同负载下的电子产品，其工作状态可能不同，同样不同负载对电磁兼容性测试也有重要影响。
        1 电磁兼容标准
        电磁兼容性（EMC）是指设备或系统在其电磁环境中不受电磁干扰而按要求运行的能力。因此，对电磁兼容性有两方面要求：一方面，设备在正常运行过程中产生的电磁干扰不应超过一定限值；另一方面，设备对其环境中的电磁干扰具有一定的抗扰度，即电磁敏感性。电磁兼容标准定义和限制了各种电子设备的电磁干扰发射（EMI）及电磁抗扰度（EMS）。试验项目、试验方法和给定的阈值等，为各种产品的电磁兼容试验提供了依据。因此，它是电磁兼容性设计的指导性文件。自20世纪30年代以来，国际上如电工委员会（IEC）、国际电信联盟（TTU）、国际铁路联盟（UIC）、国际大电网会议（CIGRE）和欧洲电信标准协会（ETSI）、欧洲电工标准化委员会（CEN-ELEC）等组织开展了电磁兼容研究，发布了相应的标准化规范文件，并根据技术发展进行了修订及完善，逐渐成为一系列电磁兼容技术标准。在这些标准中，IEC、TTU及欧洲电磁兼容标准具有重要的影响和各自的特点。此外，世界上大多数国家的电磁兼容标准普遍采用CISPR及IEC标准，而我国的标准由国家技术监督局制定。EMC标准从GB和GB/T开始，大多数都采用国际标准。例如，国际电工委员会的GB4365、GB/T13926；引自CISPR的GB/T6113、GBl4023；部分引用于美国军用标准GBl5540；部分引用于TTU文件的GB/T15658等；我国自行研制的如GB/T15708标准。
        2 电磁兼容标准中描述有关连接典型负载的内容
        电磁兼容性标准GB9254（IT类）、GB13837（音视频类）、GB17743（灯具）、GB21437（道路车辆）等，均提到了连接典型负载测试的重要性。在实际试验中，特别是负载的接地与否往往对试验结果有明显的影响。GB9254标准中规定：除非另有规定，EUT的安装、配置及运行必须与典型应用兼容。接口电缆、负荷或设备必须至少连接到EUT每种类型的一个端口，每根电缆应尽可能根据设备实际应用的典型特点连接到端部。GB13837标准中规定：①被检测设备若有安全接地端子，导线应尽可能短地与人工电源网络的地端连接。②若试验装置配有射频同轴连接器，则应在外导体接地及不接地状况下进行试验，不应有其他附加接地。③若被检测设备没有射频同轴输入接头，但有接地端子，则应测量其接地端子。GB17743标准中规定：①灯具若设有接地端子时，其接地端子必须与V型人工电源网络的参考地上相连。②若灯具配有接地端子，但制造商表明此设备无需接地时，则应进行两次测量：一次接地连接，另一次不用接地连接。在这两种情况下，照明设备必须符合要求。GB21437标准中规定：①被测物（汽车电器部件）应根据制造商的安装说明连接到接地系统，不允许其他的接地连接。②如果负载、传感器等需要接地，所以负载、传感器等应尽可能使用最短的导线连接到接地平板。
        3 电磁抗扰性测试及方案优化
        3.1 电磁抗扰性测试
        电感负载在断开/接通时，由于开关触点间隙的绝缘击穿或触点弹跳等原因，会在开关处产生一连串的脉冲群。这类脉冲群上升时间快，持续时间短，能量低但具有较高的重复频率。这种脉冲群会对线路中的半导体结电容单向充电，当结电容上的能量累计到一定程度，便会引起电路乃至设备的误动作。脉冲群干扰主要以共模干扰测试设备，在传递过程中通过辐射和传导两种方式影响测试设备。对LED灯具进行电快速瞬变脉冲群抗扰度测试，采用EMS61000-4A智能型群脉冲发生器。按照GB/17626.4进行测试，试验等级按GB/T18595《一般照明用设备电磁兼容抗扰度要求》，通过仪器设置试验电压500V。群脉冲发生器对驱动电源分别施加了共模、差模干扰，并分别施加2min的正负极脉冲群。
        EMI滤波器对传导干扰有很好的抑制作用，因此解决传导干扰的方法，应在EMI滤波器这个功能上进行改进，它能有效抑制外界传导的差模、共模干扰。

图1 电快速瞬变脉冲群测试时共模及差模电路
如图1中VEFT、CM和VEFT，DM是电快速瞬变脉冲分别等效到共模和差模的分量。Lc为共模电感；Cd为差模滤波电容；Cy1、Cy2、Cy3为共模电容。1）共模回路分析：共模干扰源干扰电流输入：Zloop，CM为共模滤波器后缓电路的等效阻抗，耦合到负载RL上的共模信号干扰VCM为：

考虑到在数kHz频率以上，滤波电感阻抗相对较大，滤波电容阻抗相对较小，因而作出简化近似可看出，想要减小共模电压通过负载产生的，有效的措施是：a.减小Ciso以增大ZCiso；b.增大Cy1和Cy2以减小ZCy1+Cy2；C.增加Lc和Le以增加ZLc+Ld。
2）差模回路分析：差模干扰源输入Iin，DM参照共模回路的分析：Zloop，DM为差模滤波器后级电路的等效阻抗，耦合到负载RL上的DM干扰信号可表示为：

        与共模传播相似，对于干扰电压上的负载，想要减小电压，有效办法是：a.减小Ciso以增大Zciso；b.增大Cd以减小Zcd；c.增加Ld以增加ZLd.针对脉冲群的干扰，主要采取滤波及吸收来进行抑制，滤波是利用EM滤波器，而吸收是利用铁氧体磁心。采用EMI滤波器能有效提高LED驱动电源的EMI和EMS部分。
        3.2 方案优化
        一般的滤波电路对干扰的滤波效果有限，对一些高频段的干扰必须要提高滤波器的滤波效果，以便更好的滤除外界通过电源线输入的高频波段。高性能EMI滤波器结构：EMI滤波器结构一般采用单级式结构，当较高的干扰电压进入电源线时会有较高的干扰进入设备，影响设备的正常工作。可采用双级式结构，内部含有两个单级式EMI滤波器，对抑制高频干扰的效果更好。滤波器件：利用铁氧体环体的性质，把一般采用电感和电容作为滤波元件换成铁氧体环，以减弱线上耦合形成的传导干扰噪声信号。电容的作用抑制电源线上信号传输过程中会产生的差模噪声，当电源线滤波器置于辐射电磁场的空间内，将会因场线耦合而在线上产生干扰噪声，该传导EMI滤波器能较好地抑制处于空间场干扰下的电源线传导电磁干扰噪声。在常规的EMI滤波器的基础上，可增加铁氧体环L1、L2及共模电容Cy4、Cy5，再增加一级滤波器，变成双极式滤波器。铁氧磁体L1/L2和共模电容组成一个L型滤波器，能有效吸收通过PE地线进到主电路的高频CM干扰信号，作为共模电感的补充，它能显著改善共模滤波器高频段的性能。磁体L1、L2和Cd、Cy4、Cy5组成一个型滤波器，能有效滤除耦合到相线、零线上的高频差模干扰信号。
        3.3 测试结果
        采用双极式结构的滤波器，并加入铁氧磁体和改变共模扼流圈的使用方式，以使电路EMI测试结果如图2所示。

        图2 改进后滤波器测试图
        4 防治电磁兼容措施
        （1）控制电磁污染的措施先要查明污染源，再确定污染入侵的方式，有传导及辐射方式，其工作重点是确定干扰量。为了解决电磁兼容问题，必须从产品开发阶段开始，并贯穿于产品或系统开发和生产全过程。国内外许多经验表明，产品或系统开发生产中越早解决电磁兼容问题，能节省更多的人、物力。（2）电磁兼容性设计的关键技术是研究电磁干扰源，控制这些干扰源的电磁发射是基本的解决方案。为了控制干扰源的发射，不仅要降低电磁干扰源的电磁噪声电平，而且要广泛采用屏蔽（含隔离）、滤波及接地技术。（3）屏蔽体主要由各种导电材料制成，由各种外壳组成，与地面相连，从而切断空间中静电耦合、感应耦合或交变电磁耦合形成的电磁噪声传播路径。隔离主要使用继电器、隔离变压器或光电隔离器等设备，以切断电磁噪声以传导形式的传播路径，其特点是将电路两部分的地线系统分开，从而切断阻抗耦合的可能性。（4）滤波是一种在频域内处理电磁噪声的技术，它为电磁噪声提供一个低阻抗通道，从而抑制电磁干扰。例如，电滤波器在50Hz时具有高阻抗，而在电磁噪声频谱处具有低阻抗。（5）接地包括接地、信号接地等，接地主体的设计、接地线的布置、不同频率接地线的阻抗等，不但包括产品或系统的电气安全，还包括电磁兼容及测量技术。
        参考文献：
        [1]郑军奇. 电子产品设计EMC风险评估[M].北京：电子工业出版社，2015.
        [2]李迪. 电磁兼容设计与测试[M].北京：电子工业出版社，2015.
        [3]蔡圣. 电磁兼容测试时连接典型负载的重要性[J].数字技术与应用，2016（06）.