F)传导骚扰的试验要点及其对策(32页)

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L 输入 CX1 N LCX2 LCX1 CY1 CX2 CY2 GND L′ 输出 N′
实用滤波器线路(这里仅给出单相、单级滤波的原理线路)
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在电子和电气设备电磁骚扰测试中滤波器的实际使用效
果和性能改进意见 作为改进电子和电气设备对电磁骚扰发射抑制能力的一项 有力措施,滤波器通常都能有效地改善电子和电气设备的 骚扰发射这一指标,使之达到标准所规定的限值之内。但 是实践表明,有时并不能保证在所有频率点上的骚扰发射 全部都能进入标准所规定的限值之内。究其原因,部分可 能是安装上的原因,使得滤波器的效用没有充分发挥出来; 更大部分的原因则是实际使用环境中的滤波器与电源以及 电子和电气设备的阻抗严重失配。
传导骚扰的测试要点 其及对策
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电子和电气设备在测量其电磁骚扰发射时,都要测试其电 源端的传导骚扰电压的发射,尽管不同的设备依据的试验 标准不同,但采用的试验方法还是相同的,本讲座就来说 明电子、电气设备中的传导骚扰测试要点,以及测试不达 标时可以采取的对策。
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3 电源线滤波器的一般概念 前面已经引进了差模和共模的传导骚扰概念,作为抑制电 子和电气设备的差模和共模传导骚扰,电源线滤波器是一 种非常有用的器件,本节介绍电源线滤波器的一般概念。 电子和电气设备电源输入端的滤波器是由电感和电容构成 的低通滤波器,为了在所需的阻带内获得最大衰减,滤波 器与被抑制的噪声源的阻抗应当相反。即对低阻抗的噪声 源,滤波器应当用高阻抗来与它配合(通常是用大的串联 电感来担当);对于高阻抗的噪声源,滤波器则应采用低 阻抗来与它配合。目的是使变频器所产生的噪声,在经过 输入滤波器的衰减后,真正进入电网的变频器噪声是足够 小的,是符合各级标准要求的。
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试验报告 试验报告应至少包含有以下方面的信息: a) 有关EUT及其支持设备(如果存在)的完整描述; b) 有关电缆和设备方位的完整说明; c) 选择模块的类型和数量的理由; d) 选择单元的理由; e) 每根载流线的测量数据(频率和电平); f) 试验场所(暗室或屏蔽室)、测量设备和辅助设备的名称、 型号等; g) EUT的工作状态。
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2 对传导骚扰测量结果的数值分析 下图是传导骚扰测量线路的等效线路。
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实际的测量结果有如下几种可能: 1) 在R1和R2上的测量电压大体上相等,而且测量电压在标 准所规定的限值范围内; 2) 在R1和R2上的测量电压大体上相等,但测量电压超出标 准所规定的限值范围; 3) 在R1和R2上的测量电压不等,但测量电压在标准所规定 的限值范围内; 4) 在R1和R2上的测量电压不等,而测量电压超出标准所规 定的限值范围。 对于1、3两种结果,由于测量结果己经在标准所限定的范 围内,所以我们不必作过多辨别,已经可以认定被试设备 通过这项试验了。 对 于 2 , 有 两 种 可 能 的 情 况 : 要 么 差 模 电 流 ID 很 小 , IC1≈IC2;要么差模电流 ID 很大,使得 IC1≈-IC2,只是测 量仪器无法辨别相位,使得测值的大小大体相等。 对于4,都是共模电流IC和差模电流ID共同作用的结果,只 是成份的比例与⑵不同。
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在CISPR的第17号出版物《无源无线电干扰滤波器及抑制 元件抑制特性的测量方法》中提出,为了能将各种实验室 内测得的,或由各家制造厂上报的射频抑制元件抑制特性 的测量结果作一番比较,必须采用标准测试法。 所谓标准测量法,在测量滤波器的抑制特性时,应将输入 端和输出端接上等值的固定电阻,电阻值通常是50Ω(这 就是说一般所提供的滤波器插入损耗曲线实际上是在 50Ω/50Ω系统里测得的)。 该出版物又指出,所测得的特性与实际观察到的特性可能 会有所不同,这是因为在测量期间,终端阻抗与实际设备 中使用的阻抗并不相同。在通带内外的一些频率上使用时, 特别是在电抗元件起支配作用的等效电路中接入仅含有电 抗元件的滤波器的情况下,可能会产生插入损耗。为此, 在该出版物中又提出了一种电源滤波器的近似测量法,这 种滤波器的插入损耗不是在50Ω/50Ω系统中测得的,而是 在0.1Ω/100Ω(或100Ω/0.1Ω)系统中测得的。以便较好 地反映电源滤波器的实际使用特性。
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作为一般规律,如果测量结果是在1~2MHz以下超标的, 通常是差模超标的可能性比较大;反之,在1~2MHz以上 超标,则是共模超标的可能性比较大。 为了使企业内部的摸底试验与试验站的测试结果相符(即到 试验站试验时能够一次通过),在摸底试验阶段的测试结果 至少要比标准规定的限值压低2dB(最好能达到6dB)。这 2dB意味着我们已经考虑了试验仪器和试验方法不一致时带 来的测试误差,而6dB代表设计中的余量。
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电源端子传导骚扰测量中台式EUT的布置
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说明:
1 如果悬垂的电缆的末端与水平接地平板的距离不足40cm、又不能缩短 至适宜的长度,那么超长的部分应来回折叠成长30~40cm的线束。 2 电源线的超长部分应在其中心折叠成线束或缩短至适宜的长度。 3 EUT与一个AMN相连。所有的AMN和ISN也可与垂直接地平板或金属 侧壁相连。 a) 系统中所有其他的单元均通过另外一个AMN供电。多插座的电源板 可供多个电源线使用; b) AMN和ISN与EUT之间的距离应为80cm,AMN与其他的单元和其 他金属平面之间的距离至少为80cm。 c) 电源线和信号电缆的整体应尽量放在离垂直接地平板40cm的位置。 4 手动操作的装置(如键盘、鼠标等)应按正常使用时的位置放置。 5 除了监视器,其他外设和控制器之间的距离应为10cm,如果条件允许, 监视器可直接放置在控制器上。 6 用于外部连接的I/O信号电缆。 7 如需要,可以使用适当的终端阻抗端接那些不与AE相连的I/O电缆。 8 如果使用电流探头,应将电流探头放在离ISN 0.lm远处。
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合成后的差模滤波电路如下图所示。
LDX L 输入 N CX1 CX2 L′ 输出 N′
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同样,针对电子和电气设备所产生的共模噪声来说,滤波 器输出端(L′与N′,它们同时也是电子和电气设备的输入 端)的对地电容CY1和CY2也是必须的,它们不仅是共模噪 声的滤除电容,同时还为开关晶体管工作时因漏极电压变 动,通过它与散热器之间分布电容所产生的共模电流返回 开关电源初级回路高压直流电源提供通路。 为了进一步衰减电子和电气设备工作时所产生的共模噪声, 还可以在CY1和CY2后面串联一个电感量比较大的共模电感 LCM,利用共模电感对频率相对较高的共模噪声有比较高 的感抗,使得共模噪声得到进一步衰减。
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电源端子传导发射测量示意图(在半电波暗室)
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试验程序及注意事项 (1)试验程序 以台式EUT为例,给出一般的试验程序仅供参考。试验人员 可结合具体情况拟定试验大纲及试验程序,以保障测量的科 学性、有效性和可重复性。 a) 严格按照前面两张图进行试验布置和连接; b) 测量环境电平,确认环境电平比相应限值低6dB; c) 按送试单位要求或产品说明书中的规定选择相应的限值(A 级或B级); d) 按上述原则选择EUT的工作状态,并使之投入运行; e) 按后面一张图的步骤,在150kHz~30MHz频率范围内, 依次对电源线中的每根载流线(相线和中线)进行测量; f) 先进行初测,找出最大骚扰所对应的工作状态和频率; g) 进行最终测试,记录测量数据。
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1 测试传导骚扰发射的试验配置、试验方法和试验报告 电子和电气设备的传导骚扰发射试验一般在屏蔽室中进行, 基本的试验仪器是两件:人工电源网络(50Ω/50μH)和 带有峰值、准峰值检波和平均值检波功能的干扰接收机 (150kHz~30MHz)。 考虑到成本问题,在企业里可考虑采用有预测试功能的干 扰接收机来替代认在证实验室里所采用的正规仪器(与认 证实验室采用的正规干扰接收机相比,有预测试功能的干 扰接收机的测试精度略为低些,但价格只是正规干机接收 机的1/4~1/10)。采用这种配置来开展产品质量改进,和 产品性能的预测试,其测试能力还是绰绰有余的。下面两 张图片是测试产品(台式设备)传导骚扰的基本试验配置。
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传导测量判定树
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(2)注意事项 在试验过程中需注意以下方面: a) 保持受试单元之间的“相对位置”,注意连接线的走向、 摆放和电源线的捆扎长度和方式; b) 受试电源线必须单独与AMN相连,其他的可连接到多用 插头上,再通过插头连接到另一个AMN上; c) AMN所体现的实际阻抗是取决于被试设备与AMN的连接 情况,为了避免出现试验过程中的阻抗不稳定,两者之间 的连接必须牢靠,否则会影响测量结果,还会 损坏测量 设备; d) 放置在木制、规定高度(如,在半电波暗室或开阔场,为 40cm;在屏蔽室,为80cm)的试验桌上,与AMN保持规 定的距离; e) 为了保证测试结果有重复性和可比性,被试设备至少要 预热足够长的时间,要让被试品的工作状态达到稳定。 f) 合理设置频率步进和动态范围,扫描速度要足够低,以 便能捕捉每一次谐波的峰值,并有针对性地对已知信号 (如开关频率信号,时钟信号)进行测量;为了准确,有时 还需对较大的骚扰信号加以分析,反复核对;
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此外还要注意: a) 标准明确规定:“当测量值超过L-20dB (L为限值)电平 时,应至少记录6个最大的骚扰电平值及其所对应的频率”。 因此在试验报告中,对于电源端子,针对每根载流线应至 少提供6个数据(电平和频率)。 b) 供试验报告用的数据应是进行处理过的数据,即经过必 要的修正(如考虑了电缆损耗,AMN的校准系数等);对于 符合性试验,还要按相应的公式对数据进行统计处理。 c) 试验报告除应包括试验环境、试验设备、试验场所和试 验数据等内容以外,为了能重现试验结果,还应包括试验 时所选择的工作状态和试验布置的记录(如照片或其他的形 式),以及试验人员自主选择机型或连接线的理由和相关信 息(如品牌、型号,连接线的尺寸,是否屏蔽等)。
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g) 从传导测量判定树可以看到,测量中先用峰值测量法对 整个试验频段进行扫描,如果峰值测量己经低于准峰值 和平均值测量限值,则相应频段的准峰值和平均值检波 测量可以不做,被试设备即已通过传导骚扰的发射试验 。这是因为在三种检波测量中,峰值检波的测量速度最 快(在测量频率范围内,所化的测量时间为最少),而 得到的测量值总是最高,因此当峰值检波的测量值已经 低于标准所规定的准峰值和平均值限值时,被试设备自 当通过所有试验,而不存任何疑虑。只有峰值测量高于 准峰值和平均值限值的部分,才要补做准峰值和平均值 的测量。这一试验方法对于提高试验效率十分有效。 在整个测量中,只有峰值或准峰值低于平均值限值时, 试验才可停止,否则还应继续进行平均值测量; h) 对于落地式设备,EUT应直接放在接地平板上,接触点 与正常使用一致,但不能有金属接触。
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按照这个原则,针对电子和电气设备输入开关电源的开关 频率谐波的声源阻抗是高阻抗的,所以与它对应的滤波器 输出端(滤波器跨接在电网与开关电源之间,通常与电网 连接的部分称为滤波器的输入端,因此与电子和电气设备 相配合的部分被称为输出端)应当是低阻抗的电容器 (CX2)。对于交流电网来说,火线与中线之间是低阻抗的, 故与之对应的滤波器输入端应当是高阻抗的,线路中用差 模电感LDM担当。如果还想进一步抑制电网中的差模噪声, 可以在滤波器的输入端(L和N的线间)并联一个差模电容 CX1,条件是 CX1 的容抗要比交流电网中的线间阻抗还要低 得多,所以CX电容一般用得比较大。
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最后,一个完整的、对共模和差模骚扰都有抑制能力的滤 波器的电路见下图所示。图中,没有专门设置差模电感, 而是利用共模电感绕制中的不完全对称所形成的一个寄生 的差模电感来担当的。如果一节滤波不够,可以采用两节 滤波电路。如果一节滤波,共模指标达标,差模尚有欠缺 时,可以在滤波器输出端再增加两个差模电感。
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