1 前言
電源端口傳導(dǎo)騷擾測(cè)試是EMC測(cè)試中的一項(xiàng)重要試驗(yàn)，量頻率為150 kHz~30 MHz(部分標(biāo)準(zhǔn)是從9 kHz開始)。在實(shí)際的試驗(yàn)布置中，發(fā)現(xiàn)對(duì)于接地線材質(zhì)、接地方式和接地位置的不同，接地效果對(duì)電源端口傳導(dǎo)騷擾測(cè)試結(jié)果有著不可忽視的影響。
2 騷擾的類型
在測(cè)試和評(píng)定無(wú)線電騷擾時(shí)，依據(jù)騷擾頻譜的分布情況、測(cè)量接收機(jī)帶寬、騷擾持續(xù)時(shí)間、發(fā)生率以及騷擾影響程度，把騷擾分為窄帶連續(xù)騷擾，寬帶連續(xù)騷擾和寬帶不連續(xù)騷擾。寬帶和窄帶主要是信號(hào)頻率與測(cè)量接收機(jī)帶寬相比較而區(qū)分的。在傳導(dǎo)騷擾測(cè)試中，不管是測(cè)量電流還是電壓，騷擾都分為：共模(也稱為不對(duì)稱型)、差模(也稱為對(duì)稱型)、非對(duì)稱。
3 傳導(dǎo)騷擾測(cè)試原理
傳導(dǎo)騷擾測(cè)試在屏蔽室中進(jìn)行，系統(tǒng)主要由人工電源網(wǎng)絡(luò)和帶有準(zhǔn)峰值及平均值檢波的干擾接收機(jī)組成，傳導(dǎo)騷擾測(cè)試系統(tǒng)如圖一所示。EUT可以分成臺(tái)式設(shè)備和落地式設(shè)備，對(duì)于設(shè)計(jì)成既可放在臺(tái)面上又可放在地面上工作的設(shè)備按臺(tái)式布置進(jìn)行試驗(yàn)，具體布置可參閱EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)產(chǎn)品測(cè)試規(guī)范。圖一中，被試設(shè)備(EUT)為臺(tái)式設(shè)備或落地式設(shè)備，臺(tái)式設(shè)備放置于0.8米高的絕緣桌上(落地式設(shè)備放置于10cm高的絕緣墊上)，人工電源網(wǎng)絡(luò)(AMN，圖一中型號(hào)為：ENV432)放置于接地平板上。被試設(shè)備由人工電源網(wǎng)絡(luò)供電，且人工電源網(wǎng)絡(luò)將測(cè)量到的噪聲信號(hào)通過(guò)信號(hào)線傳輸?shù)浇邮諜C(jī)上，接收機(jī)與計(jì)算機(jī)相連，通過(guò)測(cè)試軟件進(jìn)行后臺(tái)操作。
通過(guò)測(cè)試布置可以看出，人工電源網(wǎng)絡(luò)須放置于接地平板上。所以無(wú)論是對(duì)于在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境還是在EUT工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的傳導(dǎo)騷擾測(cè)試，都需要將人工電源網(wǎng)絡(luò)和接地平板進(jìn)行良好接地。
傳導(dǎo)騷擾測(cè)試系統(tǒng)
人工電源網(wǎng)絡(luò)(AMN)是傳導(dǎo)騷擾測(cè)試中的輔助設(shè)備，其主要應(yīng)用于測(cè)量被試設(shè)備沿電源線向電網(wǎng)發(fā)射的騷擾電壓。實(shí)驗(yàn)室所用的人工電源網(wǎng)絡(luò)(50Ω/50μH+5Ω V型人工電源網(wǎng)絡(luò)為例)原理如圖二所示，接在電網(wǎng)與 EUT之間，其功能主要包括：
(1)隔離和耦合作用，人工電源網(wǎng)絡(luò)阻止EUT產(chǎn)生的射頻電磁騷擾進(jìn)入電網(wǎng)，同時(shí)隔離來(lái)自電網(wǎng)的干擾信號(hào);通過(guò)耦合電容把射頻騷擾信號(hào)接至測(cè)量接收機(jī)。
(2)穩(wěn)定阻抗作用，提供統(tǒng)一的阻抗(50Ω)，便于在不同電網(wǎng)下的測(cè)試結(jié)果相互比較。圖二中，在EUT的受試端子(通過(guò)耦合電容)與參考地之間提供一個(gè)穩(wěn)定阻抗(圖二中可知，在耦合電容下方接一個(gè)1kΩ的電阻，其與測(cè)量接收機(jī)的輸入端并聯(lián)，由于測(cè)量接收機(jī)的輸入阻抗是50Ω，所以負(fù)載阻抗近似于50Ω)。
4 接地導(dǎo)線的阻抗
通常會(huì)用銅線來(lái)作為接地線。選取材質(zhì)均為銅，但長(zhǎng)度和橫截面不同的接地線進(jìn)行試驗(yàn)，其規(guī)格見(jiàn)表一。
接地線編號(hào) | 長(zhǎng)度 | 橫截面積/cm2 | 橫截面積形狀 |
1 | 5cm | 7.2 | 矩形 |
2 | 5cm | 0.8 | 圓形 |
3 | 20cm | 0.8 | 圓形 |
4 | 100cm | 0.8 | 圓形 |
表一中所列接地線在不同頻率點(diǎn)的阻抗隨頻率變化的曲線，如圖三所示。
圖三 不同規(guī)格的接地線阻抗/頻率變化圖
從圖三中可以看出：
(1)同頻率點(diǎn)、同樣材質(zhì)、橫截面積相同的導(dǎo)線，長(zhǎng)度不同，其射頻阻抗不同，長(zhǎng)度越長(zhǎng)阻抗越大。
(2)矩形橫截面導(dǎo)線的射頻性能優(yōu)于圓截面的導(dǎo)線，這也是高頻情況下用扁平線來(lái)接地的原因。
5 不同接地方式下對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響
在電源端口傳導(dǎo)騷擾測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，被試裝置采用不同的接地方式時(shí)，測(cè)試結(jié)果具有一定的差異，有時(shí)這種差異甚至?xí)绊懙阶罱K測(cè)試結(jié)果的判定。下面就兩種不同的接地方式進(jìn)行比對(duì)分析：一種是將EUT的地和人工電源網(wǎng)絡(luò)(AMN)的地分別就近接到接地平板的兩個(gè)不同位置，即分別接地;另一種是將EUT的地和人工電源網(wǎng)絡(luò)(AMN)的地接到接地銅板的同一位置上，即集中接地。下面就接地阻抗進(jìn)行分析。
將人工電源網(wǎng)絡(luò)AMN的原理圖簡(jiǎn)化如圖四所示，其中Us代表EUT發(fā)射的噪聲源;Zs代表EUT的內(nèi)部阻抗;Z代表AMN的測(cè)量阻抗。
圖四 人工電源網(wǎng)絡(luò)測(cè)量簡(jiǎn)化圖
在實(shí)際測(cè)試中，由于測(cè)量頻率較高，線纜等均存在一定的阻抗，這里考慮到接地導(dǎo)線和接地平板的阻抗，采用第一種多點(diǎn)接地方式，即EUT的地和人工電源網(wǎng)絡(luò)(AMN)的地分別就近接到接地平板的兩個(gè)不同位置，將上述原理圖進(jìn)行模擬如圖五所示。圖五中，Z1為被試設(shè)備EUT的接地導(dǎo)線阻抗;Z2為AMN的接地導(dǎo)線阻抗;Z3為AMN的接地端至EUT接地端之間的接地平面阻抗。
圖五 多點(diǎn)接地時(shí)人工電源網(wǎng)絡(luò)噪聲測(cè)量簡(jiǎn)化圖
令Zs’=Zs+Z1，Z’=Z+Z2，計(jì)算得到人工電源網(wǎng)絡(luò)測(cè)得的電壓為：
UAMN1= Us*( Z’+Z3)/ ( Zs’+Z’+Z3)
采用第二種單點(diǎn)接地方式，即EUT的地和AMN的地接到接地銅板的同一位置上，將上述原理圖模擬如圖六所示。圖六中，Z1為被試設(shè)備EUT的接地導(dǎo)線阻抗;Z2為AMN的接地導(dǎo)線阻抗。
圖六 單點(diǎn)接地時(shí)人工電源網(wǎng)絡(luò)噪聲測(cè)量簡(jiǎn)化圖
人工電源網(wǎng)絡(luò)測(cè)得的電壓為：
UAMN2= Us* Z’/ ( Zs’+Z’)
比較UAMN1和UAMN2的大小，則：
UAMN1/ UAMN2 = ( Z’+Z3) ( Zs’+Z’)/ ( Zs’+Z’+Z3) Z’
=(Z’2+Zs’Z3+ Zs’ Z’+ Z’ Z3)/ Zs’ Z’+ Z’2+ Z’ Z3
=1+( Zs’Z3/ Zs’ Z’+ Z’2+ Z’ Z3)
即：UAMN1/ UAMN2>1
由上面的結(jié)果可知，即多點(diǎn)接地時(shí)，人工電源網(wǎng)絡(luò)上測(cè)得的噪聲電壓大于單點(diǎn)接地時(shí)測(cè)得的噪聲電壓。
6 接地點(diǎn)位置對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響
從上面可知，在電源端口傳導(dǎo)騷擾測(cè)試中，EUT對(duì)人工電源網(wǎng)絡(luò)(AMN)的接地方式可以選擇單點(diǎn)接地或者多點(diǎn)接地。同時(shí)，EUT的接地方式對(duì)測(cè)試結(jié)果有重要影響，甚至?xí)绊懡Y(jié)果的判定。接下來(lái)分析EUT的不同接地位置對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。按照標(biāo)準(zhǔn)布置，如圖七所示，以AMN和EUT的投影間距為總長(zhǎng)，分別等距取5個(gè)點(diǎn)(A、B、C、D、E)。其中AB=BC=CD=DE=20cm，將A、B、C、D、E這5個(gè)點(diǎn)分別連接到EUT的接地點(diǎn)上，測(cè)試這5個(gè)位置的騷擾電壓結(jié)果如表二所示。
圖七 不同接地點(diǎn)位置的傳導(dǎo)騷擾電壓試驗(yàn)布置圖
頻率 （MHz） | 準(zhǔn)峰值（QP，dBuv） | ||||
位置A | 位置B | 位置C | 位置D | 位置E | |
0.15 | 52.2 | 52.5 | 52.5 | 52.9 | 52.9 |
0.5 | 64.3 | 64.6 | 64.6 | 64.9 | 65.1 |
1 | 47.1 | 47.0 | 47.2 | 47.2 | 47.3 |
5 | 55.8 | 55.7 | 55.9 | 56.0 | 56.1 |
10 | 46.5 | 46.5 | 46.7 | 46.8 | 46.8 |
30 | 52.6 | 52.4 | 52.8 | 52.9 | 53.5 |
表二 不同接地點(diǎn)位置的傳導(dǎo)騷擾電壓測(cè)試結(jié)果
從表二的測(cè)試結(jié)果可知，接地點(diǎn)選在A點(diǎn)時(shí)，測(cè)得的騷擾電壓較小，選在E點(diǎn)時(shí)，測(cè)得的騷擾電壓較大。從A 點(diǎn)到E點(diǎn)，騷擾電壓大致是增加的趨勢(shì)。原因在于：EUT、接地線、參考接地平板、AMN和電源線形成了一個(gè)環(huán)路。根據(jù)電磁感應(yīng)理論，閉合環(huán)路中的磁通發(fā)生變化時(shí)將產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流大小與環(huán)路面積成正比。EUT正常工作時(shí)會(huì)通過(guò)外殼和電纜產(chǎn)生輻射騷擾，這些騷擾會(huì)在上述環(huán)路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而增大騷擾電壓。測(cè)試原理如圖八所示。
圖八 接地點(diǎn)位置對(duì)傳導(dǎo)騷擾電壓測(cè)試的影響原理圖
當(dāng)接地點(diǎn)選在A點(diǎn)時(shí)，EUT、接地線、參考接地平板、AMN和電源線形成的環(huán)路面積最小，產(chǎn)生的感應(yīng)電流最小，此時(shí)測(cè)得的騷擾電壓最小。當(dāng)接地點(diǎn)選在E點(diǎn)時(shí)，EUT、接地線、參考接地平板、AMN和電源線形成的環(huán)路面積最大，環(huán)路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大，因此測(cè)得的騷擾電壓也較大。這說(shuō)明接地點(diǎn)位置的選擇對(duì)傳導(dǎo)騷擾電壓的測(cè)試結(jié)果具有重要影響。接地點(diǎn)距離AMN越近，接地線和電源線圍成的環(huán)路面積越小，產(chǎn)生的騷擾感應(yīng)電流越小，測(cè)得的騷擾電壓就越小。
7 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)電源端口傳導(dǎo)騷擾測(cè)試的原理分析，在進(jìn)行電源端傳導(dǎo)騷擾測(cè)試時(shí)，應(yīng)保證人工電源網(wǎng)絡(luò)與接地參考面之間有良好的搭接，應(yīng)使用盡量短的扁平銅帶連接到接地參考平面上。同時(shí)應(yīng)將被試設(shè)備的地與人工電源網(wǎng)絡(luò)的地接在接地平面的同一點(diǎn)上，盡可能的減小接地阻抗帶來(lái)的測(cè)量差異。在國(guó)際、國(guó)內(nèi)的各類標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)于傳導(dǎo)騷擾測(cè)試，僅對(duì)被試裝置的試驗(yàn)布置及配置情況進(jìn)行了描述，并未對(duì)被試設(shè)備的接地方法進(jìn)行規(guī)定。實(shí)驗(yàn)室力求測(cè)試結(jié)果一致，可復(fù)現(xiàn)場(chǎng)地布置。被測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行操作要能代表典型的使用情況，這種情況(包括儀器的配置和接線方式)可能與現(xiàn)場(chǎng)使用有差異，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該意識(shí)到這種差異，盡可能模擬產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)配置，這樣測(cè)試結(jié)果才能反映真實(shí)的使用情況，從而有效控制和降低實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量風(fēng)險(xiǎn)。
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