几种抗扰度试验的目的和方法讲解

1、几种抗扰度试验的目的和方法 讲解几种抗扰度试验的目的和方法讲解该文章讲述了几种抗扰度试验的目的和方法讲解.摘要：详细地介绍了几种抗扰度试验的目的、方法、严酷度 等级及要求.关键词：标准抗扰度试验Standard of Jamming Immunity Test in Common UseAbstract: Aims,mehtods,harshess levels and reguirements of a few jamming immunity tes ts are presented.Keywords:Standard,Jamming immunity test中图法分类号：TN97文献标

2、识码:A文章编号：0219?2713(2000)09?435?08我国电磁兼容认证工作已经起动,第一批实施电磁兼容的产品类别及所含内容也已根本确定,它们是声音和电视播送接收机及有关设备,信息技术设备,家用和类似用途电动、电热器具,电开工具及类似 电器、电源、照明电器、车辆机动船和火花点火发动机的驱动装置、金融及贸易结算电子设备、安防电 子产品、声音和电视信号的电缆分配系统设备与部件,低压电器.尽管产品不同,引用的产品族测试标准也不同,但其中抗扰度的试验内容根本相同,它们是静电放电、射频辐射电磁场、脉冲群、浪涌、射频场 引起的传导干扰和电压跌落等 6项.为了帮助读者对这些标准的理解,作者试图从试

3、验目的、仪器特性 要求、根本配置情况、标准试验方法和对标准的评述等方面入手,用比拟简洁的文字介绍这些试验,以加深对标准的理解.1IEC61000-4-2(GB/T17626.2)静电放电抗干扰试验1.1 静电放电的起因静电放电的起因有多种,但IEC61000-4-2(GB/T17626.2)主要描述在低湿度情况下,通过摩擦等因 素,使人体积累了静电.当带有静电的人与设备接触时,就可能产生静电放电.1.2 试验目的试验单个设备或系统的抗静电干扰的水平.它模拟(1)操作人员或物体在接触设备时的放电(2)人或物体对邻近物体的放电.静电放电可能产生的如下后果：(1)直接通过能量交换引起半导体器件的损坏

4、.(2)放电所引起的电场与磁场变化,造成设备的误动作.1.3 静电放电的模拟图1和图2分别给出了静电放电发生器的根本线路和放电电流的波形. =22*00.-3301 /二、II-O址电冗ft通儿-也0-150PF图2静电放电的电流波形图1中高压真空继电器是目前唯一的能够产生重复与高速的放电波形的器件(放电开关).图2是标准放电电流波形,图中Im表示电流峰值,上升时间tr=(0.71)ns.放电线路中的储能电容 CS代表人体 电容,现公认150pF比拟适宜.放电电阻Rd为330Q,用以代表手握钥匙或其他金属工具的人体电阻. 现 已证实,用这种放电状态来表达人体放电的模型是足够严酷的.图3信号发生

5、器的输出电压波形a未调制的射频信号UPP=2.8VUrms=1.0Vb调制的射频信号 UPP=5.18VUrms=1.12V1.4 放电方式直接放电直接对设备的放电：接触放电为首选形式；只有在不能用接触放电的地方如外表涂有绝 缘层,计算机键盘缝隙等情况才改用气隙放电.1.5 试验方法有型式试验在实验室进行及安装现场试验两种,标准规定以前者为主.试验中一般以1次/秒的速率进行放电,以便让设备对试验未来得及响应.另外正式试验前要用20次/秒的放电速率,对被试设备外表很快扫视一遍,目的是找出设备对静电放电敏感的部位.试验电压要由低到高逐渐增加到规定值.1.6 试验的严酷度等级该试验的严酷度等级见表1

6、.表1严酷度等级等级接触放电kV气隙放电kV1级2级3级4级246824815等级的选择取决于环境等因素,但对具体的产品来说,往往已在相应的产品或产品族标准中加以规定.1.7 对试验的评述标准中接触放电之所以可以用比拟低的试验电压来进行试验,是由于接触放电有着极其陡峭的上升时间,其谐波成分更丰富,对设备的考核也更严格.2IEC61000-4-3GB/T17626.3射频辐射电磁场的抗扰度试验该文章讲述了造成射频辐射的起因.2.1 造成射频辐射的起因射频辐射电磁场对设备的干扰往往是由设备操作、维修和平安检查人员在使用移动 时所产生 的,其他如无线电台、电视发射台、移动无线电发射机和各种工业电磁辐

7、射源以上属有意发射,以及电焊机、晶闸管整流器、荧光灯工作时产生的寄生辐射以上属无意发射,也都会产生射频辐射干扰.2.2 试验目的建立一个共同的标准来评价电气和电子设备的抗射频辐射电磁场干扰的水平.2.3 试验的严酷度等级该试验的严酷度等级见表2.表2严酷度等级等级试验场强/V - m-1123X1310待定其中:1级为低辐射环境,如离电台、电视台1km以上,附近只有小功率移动 在使用.2级为中等 辐射环境,如在不近于1m处使用小功率移动 ,为典型的商业环境.3级为较严酷的辐射环境,如在1m左右的地方使用移动 ,或附近有大功率发射机在工作,为典型的工业环境.移动 工作时所产生场强的经验公式：如邛

8、 厚式中:P为移动 的功率,W;d为移动 至设备的距离,m.上述公式反映了在离设备很近的地方使用功率较大的移动 ,会给设备造成很强的射频辐射电磁场的干扰.2.4 模拟试验随着技术的开展,电磁环境也随着恶化,测试频率已由早期的27500MHz,扩展至801000MHz 其中高频段的扩展是与移动 的普遍使用有关,它的工作频率现已扩展到900MHz倨至更高；对80MHz的选择那么与对测试场地的要求、对射频功率放大器的功率要求和对天线的选用要求有关.至于80MHzW下局部,将由IEC61000-4-6标准加以补充.试验时要用1kHz正弦波进行幅度调制,调制深度为80%,参见图3在早期的试验标准中不需要

9、调 制.将来有可能再增加一项键控调频欧共体标准已采用,调制频率为200Hz,占空比为1 ： 1.2.5 根本试验仪器1信号发生器主要指标是带宽、有调幅功能、能自动或手动扫描、扫描点上的留驻时间可设定、 信号的幅度能自动限制等.2功率放大器要求在3m法或10m法的情况下,到达标准规定的场强.对于小产品,也可以采用1m 法进行试验,但当1m法和3m法的试验结果有争执时,以3m法为准.3天线在不同的频段下使用双锥和对数周期天线.国外已有在全频段内使用的复合天线.4场强测试探头.5场强测试与记录设备.当在根本仪器的根底上再增加一些诸如功率计、计算机包括专用的限制软件、场强探头的自动行走机构等,可构成一

10、个完整的自动测试系统.2.6 试验的场地最好采用电波暗室主要考虑场地均匀性问题.如果在这个电波暗室中还要考虑产品本身在工作中产生的电磁波骚扰测试时,那么这个电波暗室还涉及到与开阔场的比对问题 .为了保证试验结果的可比性和重复性,要对试验场地的均匀性进行校验.2.7 试验方法试验在电波暗室中进行,试验时人员不能进入,用工业电视监视试品的工作情况或从试品引出可以 说明试品工作状态的信号至测定室,由专门仪器予以判定.暗室内有天线包括天线的升降塔、转台、 试品及工业电视摄象机.工作人员、测定试品性能的仪器、信号发生器、功率计和计算机等设备在测定室里.高频功率放大 器那么放在功放室里.试验中,对试品的布

11、线非常讲究,应记录在案,以便必要时重现试验结果.2.8 场强、试验距离与功率放大器之间的关系仅供参考.场强、试验距离与功率放大器的关系见表3.表3场强、试验距离与功率放大器关系功率放大器场强与试验距离25W用1m法可产生3V/m的场强,当频率高于200MHz寸,用1m法可产生10V/m的场强100W用3m法可产生80%1制深度的3V/m场强用1m法时可产生10V/m的场强200 和 500W用3m法可在1.5mx 1.5m虚拟平面上产生10V/m场强,当距离缩减时,可产生30V/m的场强3IEC61000-4-4GB/T17626.4电快速瞬变脉冲群的抗扰度试验该文章讲述了电快速瞬变脉冲群的起

12、因及后果.2.2 电快速瞬变脉冲群的起因及后果电路中,机械开关对电感性负载的切换,通常会对同一电路的其他电气和电子设备产生干扰.这类干扰的特点是：脉冲成群出现、脉冲的重复频率较高、脉冲波形的上升时间短暂、单个脉冲的能量较低.实践中,因电快速瞬变脉冲群造成设备故障的机率较少,但使设备产生误动作的情况经常可见,除非有合 适的对策,否那么较难通过.3.2 试验目的进行电快速瞬变脉冲群试验的目的是要对电气和电子设备建立一个评价抗击电快速瞬变脉冲群的共同依据.图4快速瞬变脉冲群发生器注:U一高压电源RS-波形形成电阻RM充电电阻Rm-阻抗匹配电阻CG-贮能电容CcH隔直电容扃乂崎甲C取确卜比曲如E等学、

13、I士利i斯 IN J；|IM15图5电快速瞬变脉冲群(a)接50Q负载时单个脉冲波形(b)单脉冲重复周期(c)脉冲群周期3.3 电快速瞬变脉冲群的模拟图4给出了电快速瞬变脉冲群的发生器根本线路.脉冲群的波形那么参见图5所示.对电快速瞬变脉冲群的根本要求是：脉冲的上升时间(指10%-90%):5ns 30%;脉冲持续时间(上升沿的50%S下降沿的50%):50ns 30%;脉冲重复频率:5kHz或2.5kHz;脉冲群的持续时间：15ms;脉冲群的重复周期:300ms;发生器的开路输出电压(峰值):(0.254)kV;发生器的动态输出阻抗:50 Q 20%;输出脉冲的极性：正/负；与电源的关系：异

14、步.3.4 试验配置有两种类型的试验：实验室内的型式试验和设备安装完毕后的现场试验.标准规定第一种试验是优 先采用的试验；对于第二种试验,只有制造商和用户达成一致意见时,方才采用.电快速瞬变脉冲群试验的实验室配置与静电放电试验相类似,地面上有参考接地板,接地板的材料与静电放电的要求相同；但对台式设备,在台面上不要铺设金属板.3.5 试验方法(1)对电源线的试验(包括交流和直流),通过耦合与去耦网络,用共模方式,在每个电源端子与最近 的保护接地点之间,或与参考接地板之间加试验电压.(2)对限制线、信号线及通信设备,用共模方式,通过电容耦合夹子来施加试验电压.(3)对于设备的保护接地端子,试验电压

15、加在端子与参考接地之间.试验每次至少要进行1min,而且正/负极性都属必须.3.6 试验的严酷度等级该试验的严酷度等级见表4.表4严酷度等级等级电源线上(kV)信号线上(5kHz)(kV)1234X0.5(5kHz)1(5kHz)2(5kHz)4(2.5kHz)0.250.512 待定表内：电压指脉冲群发生器信号贮能电容上的电压；频率指脉冲群内脉冲的重复频率.严酷度等级的大体分类是：1级保护良好环境下的设备(如计算机机房)；2级通常有保护环境下的设备(如工厂中的计算机机房和限制室);3级无保护环境下的设备(如公用电网、工厂、变电站);4级有严重骚扰环境下的设备(如采用气体绝缘的开关或真空开关的

16、变电站 ).该文章讲述了试验的 评述和标准的今后开展趋势.3.7试验的评述和标准的今后开展趋势试验的机理是利用脉冲群对线路分布电容能量的积累效应,当能量积累到一定程度就可能引起线路(乃至设备)工作出错.通常可以用试验中的线路一旦出错,就会连续不断地出错,即使把脉冲电压稍稍降 低,出错情况依然不断的现象来加以解释.今后开展趋势是脉冲的重复频率提升,但脉冲群的长度缩短,使每群脉冲个数根本保持不变.4IEC61000-4-5(GB/T17626.5)浪涌的抗扰度试验4.1 浪涌的起因(1)雷击(主要模拟间接雷)：例如,雷电击中户外线路,有大量电流流入外部线路或接地电阻,因而产生的干扰电压；又如,间接

17、雷击(如云层间或云层内的雷击)在线路上感应出的电压或电流；再如,雷电击 中了邻近物体,在其周围建立了电磁场,当户外线路穿过电磁场时,在线路上感应出了电压和电流；还如, 雷电击中了附近的地面,地电流通过公共接地系统时所引入的干扰.(2)切换瞬变：例如,主电源系统切换时(例如补偿电容组的切换)产生的干扰；又如,同一电网中,在靠近设备附近有一些较大型的开关在跳动时所形成的干扰；再如,切换有谐振线路的晶闸管设备；还如, 各种系统性的故障,例如设备接地网络或接地系统间产生的短路或飞弧故障.4.2 试验的目的通过模拟试验的方法来建立一个评价电气和电子设备抗浪涌干扰水平的共同标准.4.3 浪涌的模拟根据IE

18、C61000-4-5(GB/T17626.5)标准的要求,要能分别模拟在电源线上和通信线路上的浪涌试验.由于线路的阻抗不一样,浪涌在这两种线路上的波形也不一样,要分别模拟.图6综合波发生器简图注:U高压电源RS-脉冲持续期形成电阻 RC-充电电阻Rm-阻抗匹配电阻CC-储能电容Lr一上升时间形成电感1C 0 907图7综合试验波a1.2/50 s s开路电压波形按IEC60?1波形规定波前时间:T1=1.67 XT=1.2 仙 s士 30%半峰值时间：T2=50仙s 20%b8/20仙s短路电流波形按IEC60?1波形规定波前时间:T1=1.25 XT=8s30%半峰值时间:T2=20 ps2

19、0%1主要用于电源线路试验的1.2/50仙s电压波和8/20仙s电流波的综合波发生器图6是综合波发生器的简图.发生器的波形那么见图7所示.对试验发生器的根本性能要求是：开路电压波：1.2/50 ps;短路电流波：8/20 g开路输出电压峰值:0.5kV4kV短路输出电流峰值:0.25kA2kA发生器内阻：2 Q 可附加电阻10或40Q,以便形成12或42Q的发生器内阻浪涌输出极性：正/负浪涌移相范围:0 360最大重复率：至少每分钟1次2用于通信线路试验的10/700仙s浪涌电压发生器发生器的根本线路见图8所示.相应的电压浪涌图8CCITT电压浪涌发生器I1高压电源Rm-阻抗匹配电阻(Rm1=

20、159;Rm2=25Q )RC一充电电阻CC-储能电容(20 F)CS-上升时间形成电容0.2 pF)RS-脉冲持续期形成电阻(50 Q)S1当使用外部匹配电阻时,此开关应闭合图9CCITT电压浪涌波形波前时间:T1=1.67 XT=10p s30%半峰值时间：T2=700仙s 20%发生器的根本性能要求是：开路峰值输出电压(峰值):0.5kV4kV动态内阻:40 Q输出极性：正/负该文章讲述了试验中要注意的几点.4.4 试验方法由于浪涌试验的电压和电流波形相对较缓,因此对试验室的配置比拟简单.对于电源线上的试验,都是通过耦合/去耦网络来完成的.图10给出了单相电路的试验线路.对于通信线路上的

21、试验,那么和被试电路有关,不列出试验中要注意以下几点：试验前务必根据制造商的要求加接保护举措. 试验速率每分种1次,不宜太快,以便给保护器件有一个性能恢复的过程.事实上 ,自然界的雷击 现象和开关站大型开关的切换也不可能有非常高的重复率现象存在. 试验,一般正/负极性各做5次. 试验电压要由低到高逐渐升高,防止试品由于伏安非线性特性出现的假象.另外,要注意试验电压不要超出产品标准的要求,以免带来不必要的损坏.4.5 试验的严酷度等级各等级电源线路的试验电压值见表5.表5严酷度等级等级线一线(kV)线一地(kV)1234X0.51.02.00.51.02.04.0 待定试验的严酷度等级取决于环境

22、及安装条件,下面是一般的分级情况：1级较好的保护环境,浪涌电压不超过500V,如工厂或电站中的限制室；2级保护环境比1级稍差,浪涌电压不超过1kV,如无强干扰的工厂；3级一般性的电磁骚扰环境,无特殊安装要求,浪涌不超过2kV,如普通安装的电缆网络,工业性的工 作场所和变电所等；4级受严重骚扰的环境,浪涌电压可以到达4kV,如民用架空线,未加保护的高压变电所等；X级为特殊等级,应根据用户的特殊要求,由制造商和用户协商后确定.4.6 标准的评述现在有不少标准都提到要用1.2/50 pS的雷击波做试验的情况,但是标准不同,做试验的目的也不 同,例如高压试验(IECpub5260270)也提到了雷击试

23、验,但用于做脉冲耐压试验,所以用到的发生器是高 电压和高阻抗的.亦即,发生器的电压较高,但能量并不算大.反之,对IEC61000-4-5(GB/T17626.5)标准 来说,强调的是做在线设备的抗浪涌性能试验,由于线路的阻抗比拟低,因此发生器的输出阻抗也要求 低,这样看来,适用于做这个标准的发生器,除了要有足够高的输出电压外,还要求发生器有输出阻抗低 和输出能量大的特点.也就是说,这是两种截然不同的试验,绝对不能混为一谈.5IEC61000-4-6(GB/T17626.6)由射频场感应所引起的传导骚扰5.1 传导骚扰的起因在通常情况下,被干扰设备的尺寸要比干扰频率的波长短得多,而设备的引线(包

24、括电源线、通信线 和接口电缆等)的长度那么可能与干扰频率的几个波长相当,这样,这些引线就可以通过传导方式(最终以 射频电压和电流所形成的近场电磁骚扰在设备内部 )对设备产生干扰.5.2 试验目的通过本标准所规定的试验,评价电气和电子设备对由射频场感应所引起的传导骚扰的抗扰度.注:对没有传导电缆(如电源线、信号线或地线)的设备,不需要进行此项试验.5.3 模拟试验模拟试验的频率范围为150kHz80MHz当试品尺寸较小时,可将上限频率扩展到230MHz止匕外,为提升试验的难度,试验中要用1kHz的正弦波进行幅度调制,调幅深度为80%5.4 试验的严酷度等级升等级的试验电压见表6.表6严酷度等级等

25、级试验电压/V123X1310待定严酷度等级的分类情况与IEC61000-4-3(GB/T17626.3)相同5.5 根本试验仪器传导骚扰的试验仪器的组成框图如图11所示.(1)射频信号发生器(带宽150kHz230MHz有调幅功能,能自动或手动扫描,扫描点上的留驻时间可设定,信号的幅度可自动限制)(2)功率放大器(取决于试验方法及试验的严酷度等级Ktl- C士,/口1M3刊地图10单相系统的试验线路(a)用于线与线之间的耦合,发生器输出浮置(b)用于线与线之间的耦合,发生器输出接地图11传导骚扰的试验仪器G1:RF发生器T1:可调衰减器PA:宽带功率放大器T2:固定衰减器(6dB)LPF/H

26、PF:低通滤波器或高通滤波器S1:RF开关3低通和高通滤波器用于防止信号谐波对试品产生干扰.4固定衰减器衰减量固定为6dB.用以减少功放至耦合网络间的不匹配程度,安装时尽量靠近耦合 网络.上述仪器如配上电子毫伏计、计算机等可组成自动测试系统.该文章讲述了实验干扰的起因分析.5.6 试验方法试验一般可在屏蔽室内进行.干扰的注入方式有：耦合/去耦网络在作电源线试验时常用,当信号线数目较少时也常采用；电流 钳和电磁耦合钳特别适合于对多芯电缆的试验. 其中电磁耦合钳在1.5MHz以上频率时对试验结果有良 好的再现性；当频率高于10MHz寸,电磁耦合钳比常规的电流钳有较好的方向性,并且在辅助设备信号参

27、考点与参考接地板之间不再要求有专门的阻抗,因此使用更方便.5.710V等级时,注入方式与功率放大器之间的关系仅供参考10V等级时,注入方式与功率放大器的关系见表 7.表710V等级时,注入方式与功率放大器的关系注入方式功率方大器的输出功率W耦合/去耦网络电流夹电磁耦合夹7176286IEC61000-4-11GB/T17626.11电压跌落、短时中断和电压渐变的抗扰度试验6.1 干扰的起因电压瞬时跌落、短时中断是由电网、变电设施的故障或负荷忽然出现大的变化所引起的.在某些情 况下会出现两次或更屡次连续的跌落或中断.电压变化是由连接到电网的负荷连续变化引起的.这些现象本质上是随机的,其特征表现为

28、偏离额定电压并持续一段时间.电压瞬时跌落和短时中断不总是突发的,由于与供电网络相连的旋转电机和保护元件有一定的反作用时间.如果大的电源网络断 开一个工厂的局部或一个地区中的较大范围,电压将由于有很多旋转电机连接到电网上使之逐步降 低.由于这些旋转电机短期内将作为发电机运行 ,并向电网输送电力,这就产生了电压渐变.作为大多数数据处理设备,一般都有内置的断电检测装置,以便在电源电压恢复以后,设备按正确方 式起动.但有些断电检测装置对于电源电压的逐渐降低却不能快速作出反响,结果导致加在集成电路上的直流电压,在断电检测装置触发以前已降低到最低运行电压水平之下,由此造成了数据的丧失或改变.这样,当电源电

29、压恢复的时候,这个数据处理设备就不能正确再起动.6.2 试验目的IEC61000-4-11标准规定了不同类型的试验来模拟电压的突变效应 ,以便建立一种评价电气和电子 设备在经受这种变化时的抗扰性通用准那么.其中对电压渐变作为一种型式试验,根据产品或有关标准的规定,用在特殊的和认为合理的情况下.6.33个专门的术语1电压瞬时跌落指在电气系统的某一点,电压突变下降,在经历了半个周期到几秒钟的短暂持续期 后,又恢复正常.2短时中断指供电电压消失一段时间,一般不超过1min.短时中断可认为是100%勺幅值瞬时跌落.3电压渐变指供电电压逐渐变得高于或低于额定电压,变化的持续时间相对周期来说,可长可短.6.4 试验的电压等