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电磁兼容试验项目之传导发射(传导骚扰)试验(图解)

发布日期:2024-01-04     374 次

传导发射(CE),一种常被称作传导干扰的电磁现象,是指电子、电气装置或体系内产生的电压或电流通过导线,如信号线、供电线或接地线向外传播,并因此变成其他同类装置或体系的潜在干扰源。实际上,几乎任何带有电源线的设备都需面对传导发射测试的问题。

传导发射通常以干扰电压或干扰电流的上限值作为衡量指标,重点关注的频段为150千赫兹至30兆赫兹。传导发射测试的关键在于评估电子、电气设备或系统在常规运行状态下,其通过线路传播出去的电压电流干扰对其它设备的影响程度,即检测这些干扰是否超出预设的标准限制值。如同辐射发射测试,传导发射测试的结果也需要将实际测量值与限定值进行对比:若测量值未超出限值,则判定为合格(PASS),否则视为不合格(FAIL)。这样的评判标准旨在确保在公用电网中共存的设备能免受传导发射干扰的影响。

Tip:不同类型的产品可能有不同的限值,具体数值要结合我们讲过的产品专用标准或产品类标准来查找确定哦~

  1. 测量接收机

上篇我们已经讲过测量接收机,一起回顾一下,测量接收机是EMI测试中最常用的基本测试仪器,仪器类型包括准峰值测量接收机、峰值测量接收机、平均值测量接收机和均方根值测量接收机。测量接收机的几个重要指标分别是:6dB处的带宽、充电时间常数、放电时间常数、临界阻尼指示器的机械时间常数、过载系数。



对于准峰值测量接收机(包含测试控制系统和计算机软件),要求特性如下



2.人工电源网络(AMN)或线性阻抗稳定网络(LISN)

线性阻抗稳定网络LISN(Line Impedance Stabilization Network)也叫做人工电源网络AMN(Artificial MainsNetwork),LISN是一种耦合去耦电路,

主要有以下作用:

  1. 将EUT与电网隔离开来,为EUT提供纯净的交流或直流电源;
  2. 通过耦合电容把EUT的骚扰信号耦合至测量接收机进行测量,使EUT的骚扰信号不会反馈到电源端;
  3. 提供规定的阻抗(一般为50Ω)。

对于低频信号,LISN的电感表现为低阻抗,电容表现为高阻抗,所以信号经过LISN基本不衰减,电源可以经LISN输送到开关型变换器;而对于高频信号,LISN的电感表现为高阻抗,电容可以视为短路,所以LISN阻止了高频噪声在EUT和电网之间的传送。连接测量接收机时,仪器内部标准阻抗为50Ω,共模和差模干扰电流将从该50Ω阻抗上流过,此时,LISN起到了为共模和差模干扰电流在所需测量的频段提供了一个固定阻抗(50Ω)的作用,而50Ω电阻上的电压就是传导骚扰电压。

EUT产生的干扰电流包括两种模态:差模电流从火线流出到中线,共模电流经过火线和中线到地线;因此,火线和中线中的差模信号的幅值相同,相位相反,而共模信号是幅值和相位都相同。在总的传导干扰信号中,设备中的共模和差模噪声具备不同的特性,滤波器的设计方法也由此各不相同,必须被分别抑制。然而这个线性阻抗稳定网络只能测量电源线上总的传导干扰,并不能测出其中的共模和差模分量。因此,在实际的传导发射测试中,依具体的测试结果及显示要求的不同,可以对这个基础的线性阻抗稳定网络进行处理,得到改进的线性阻抗稳定网络。

另外使用LISN测量传导干扰需特别注意过载问题,EUT因开关或瞬时断电会引起瞬态尖峰,其幅度远远超过接收机的电压测量范围,很容易损坏接收设备,由于测试接收机的价格不菲,因此需在接收设备前端加过载保护衰减器,并且最好在EUT通电、调试好之后再接上测试设备。

使用LISN测量尖峰干扰信号时,因为尖峰干扰电压的幅度较大,如AC220V电源线的开关动作产生的瞬态电压尖峰可能达到近400V。而尖峰信号通常在开关、继电器闭合瞬间出现,属于瞬态干扰,故测量过程中要不断做开关动作,通过具有一定带宽的带存储功能的示波器捕捉和测量,使其最大值与规定限值进行比较。

标准中规定A频段 (9~150kHz) 和B频段 (150k~30MHz) 分别使用50?|50μH+5? 和 50?|50μH两种V型网络。

LISN的主要指标包括:频率范围;阻抗;分压系数;相角;隔离度等。具体产品举例如下:广州医疗器械检验所设备类型:



用的罗德与施瓦茨的ENV216型号,实物图如下:



ENV216的特点:

  1. 频率范围:9kHz~30MHz
  2. 最大恒定电流16A
  3. 模拟阻抗(50μH+5Ω)||50Ω满足CISPR16-1-2Amd.2:2006.
  4. V型网络满足CISPR,EN,VDE,ANSI,FCCPart15和MIL-STD-461D,E和F
  5. 标准满足CISPR16-1-2和ANSIC63.4

ENV216的优点:

  1. ENV216基于空心电感线圈设计,包含人工模拟手;
  2. 使用150kHz高通滤波器,可避免由于低频高电平引起的测量接收机过载;
  3. 不论接收机输入衰减大小,为了保证标准阻抗,ENV216内置10dB衰减器;
  4. 内置脉冲限幅器,保护接收机输入;
  5. 由控制器和R&S测量接收机产生的输入由TTL电平控制。
    1. 电流探头

电流探头的应用十分广泛,主要是利用流经导体的电流会在周围产生磁场,该磁场会被另一线圈感应这一互感原理制造的,电流探头把磁场转化成相应的电压信号,和示波器配合,通过电流探头转换系数将接收到的电压转换为电流,即可得到不同频率上干扰电流的幅度值。计算公式如下:

I=U+ F

式中:I为干扰电流,单位为dBuA;U为端口电压,单位为dBuV;F为电流探头转换系数,单位为dB/Ω。



电流探头分成AC电流探头和AC/DC 电流探头,AC 电流探头常见的是无源探头,成本低,但不能处理直流分量;AC/DC 电流探头通常是有源探头,分为低频探头和高频探头,低频探头常见的带宽在几百KHZ 以下,高频探头带宽一般在几MHZ 以上。

电流探头重要指标主要有以下几类,购买时也可参考:

1.精度:是指电流到电压转换的精度。拿 AC/DC 电流嵌为例,一般开环系统的精度比较差一点,典型值在3%左右;闭环系统的精度比较高,典型值在1%左右。

2.带宽:所有探头都有带宽。探头的带宽是指探头响应导致输出幅度下降到70.7%(-3dB)的频率,关于-3dB我们上一篇刚刚介绍过哦。



为精确地测量上升时间和下降时间,我们使用的测量系统必需使用拥有充足带宽的探头,可以保持构成波形上升时间和下降时间的高频率成份。比如使用测量系统的上升时间时,系统的上升时间一般应该比要测量的上升时间快4-5倍。

补充知识:在幅度测量中,随着正弦波频率接近带宽极限,正弦波的幅度会变得日益衰减。在带宽极限上,正弦波的幅度会作为实际幅度的70.7% 进行测量。因此,为实现最大的幅度测量精度,必需选择带宽比计划测量的最高频率波形高几倍的示波器和探头。这同样适用于测量波形上升时间和下降时间。波形转换沿(如脉冲和方形波边沿)是由高频成分组成的。带宽极限使这些高频成分发生衰减,导致显示的转换慢于实际转换速度。

3.插入损耗:插入阻抗是从电流探头的线圈(二级)转换到被测的携带电流的导线中的阻抗。插入损耗是指在发射机和接收机之间,引入其他器件导致的信号衰减量,通常用dB单位表示。插入损耗的表达公式如下:

插入损耗(Insertion Loss)=20lg(Ur/Ut)

Ut为发射信号,Ur为接收信号。

2.电压探头

在不能使用LISN时会考虑使用电压探头,电压探头主要由隔直流电容器和一个电阻器组成,使线路和地之间的阻抗至少为1.5kΩ。且应保证电容器或其他任何保护测量接收机抵御危险电流的装置对测量结果的影响小于1dB。

3.屏蔽室

屏蔽室是专门设计的对射频能量起到衰减作用的封闭房间,屏蔽室可以提供符合试验要求的电磁环境,暂时可以先这么理解,后面也会用具体篇章来详细介绍屏蔽室。

4. 模拟手(选用)

为了模拟使用者手的感应,当手持式设备进行电源端子骚扰电压测量时,需要用到模拟手,非手持式设备无需用到。

模拟手是一个规定尺寸的金属箔(带),它按规定的方式放在或缠绕在设备上通常被使用者接触的部分,一般采用铜箔,厚度为0.05mm,宽度为60mm,长度为150mm-200mm,金属箔按照规定的方式借助一个RC组件连到测量系统的参考点,该组件由一个个C=220pF±20%的电容串联一个510Ω±10%的电阻组成,模拟人体的RF阻抗。



使用模拟手的一般原则是:无论手柄是固定的还是可拆卸的,金属箔应包裹EUT所有的手柄(每个手柄使用一个金属箔)。

当EUT罩壳全部为金属时,不需要金属箔,RC单元的M端直接接到设备壳体上;当EUT罩壳为绝缘材料时,金属箔应围绕手柄包裹。

台式设备试验布置图如下



EUT应放在距离地面80~90cm高的非导电桌上:

  1. 超长的电缆要进行捆扎,折成30~40cm的线束,若由于特殊原因不能这么做,则应在报告详细说明电缆布置情况;
  2. 不用的I/O信号电缆末端接终端电阻,进行终端匹配,不能悬空,这一点尤其重要;
  3. EUT与LISN/AMN之间的间隔在地面上的投影距离应至少为80cm;
  4. 所有的电缆与GND之间的间距在10cm以上;
  5. 悬垂电缆末端距GND为40cm以上,以保证不会有过分的空间耦合。
  6. 在屏蔽室内测量时,可用地面或者屏蔽室的任意一壁作为接地平面(GND)。

落地式设备试验布置图如下:



落地式设备距离LISN80cm,EUT与辅助设备放置在距离GRP0.1m的非导电桌上。

还是以医疗器械某输注泵设备为例,与辐射发射类似,先对EUT进行分组分类,因为不同组别和类别的限值会不同。

5.1 设备的分组

1组:本为发挥自身功能的需要而有意产生和(或)使用传导耦合射频能量的所有工科医设备。

2组:为材料处理而有意产生和(或)使用电磁辐射射频能量的所有工科医设备。

大多数类型的设备和系统仅为其内部功能需要而产生或使用RF能量,因此属于1组,如心电图和心磁图设备和系统,脑电图和脑磁图设备和系统等,另外一些预期以非RF电磁形式传递能量给患者的设备和系统也属于1组设备,如医疗成像设备和系统——X射线诊断系统、CT系统、超声诊断系统等;治疗设备和系统——超声治疗系统,输液泵、呼吸机等;只有少数系统和设备是施加RF能量给材料(患者)的,属于2组设备,常见的有磁共振成像系统、透热疗法设备、热疗设备和高频手术系统等。

A类:非家用和不直接连接到住宅低压供电网设施中使用的设备。

B类:家用和直接连接到住宅低压供电网设施中使用的设备。

5.3 结合广州所检验某输注泵类产品报告来学习,首先是试验日期、温湿度、大气压力等环境因素填写,确保电磁环境和机械环境满足试验要求



其次试验依据YY0505、GB4824-2013,按照我上面所讲设备分组分类,划分为1组(本为发挥自身功能的需要而有意产生和(或)使用传导耦合射频能量的所有工科医设备)A类(非家用和不直接连接到住宅低压供电网设施中使用的设备),

试验场地选择在电磁屏蔽室进行,GB4824-2013规定



输注泵类产品为1组A类设备且输入功率<20kVA,由6.2.1.2可知在9kHz—150kHz时无适用限值,即不进行此频段测试;由表2我们可知在0.15MHz—0.50MHz准峰值限值为79dB(μV),平均值限值为66 dB(μV);在0.50MHz—30MHz准峰值限值为73dB(μV),平均值限值为60 dB(μV)。

继续看报告:



只进行了电源端口测试:由上图及测试表格可知电源端口L&N在不同频率段的测量值都在相应的限值范围内,故该产品传导发射测试合格。

广州所是如何布置试验的呢:

连接图如下:



实物布置图如下:





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