開關(guān)電源EMC產(chǎn)生機理及其對策(續(xù)）

2016-12-26  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

常用的EMC標準及試驗配置

EMS部份為EN55024包含7項測試:

EN61000-4-2:1998;

EN61000-4-3:1998;

EN61000-4-4:1995,

EN61000-4-5:1995;

EN61000-4-6:1996;

EN61000-4-8: 1993;

EN61000-4-11:1994。

EMC檢測主要項目:

空間輻射(Radiation): EN55011,13,22 FCC Part 15&18, VCCI

傳導干擾(Conduction): EN55011,13,14-1,15,22, FCC Part 15&18, VCCI
喀嚦聲(Click): EN55014-1

功率輻射(Power Clamp): EN55013,14-1
磁場輻射(Magnetic Emission): EN55011,15
低頻干擾(Low Frequency Immunity): EN50091-2
靜電放電(ESD): IEC61000-4-2、EN61000-4-2、 GB/T17626.2
輻射抗擾度(R/S): IEC61000-4-3、 EN61000-4-3 、GB/T17626.3
脈沖群抗擾度(EFT/B): IEC61000-4-4、EN61000-4-4 、 GB/T17626.4
浪涌抗擾度(SURGE): IEC61000-4-5、 EN61000-4-5、 GB/T17626.5
傳導騷擾抗擾度(C/S): IEC61000-4-6、 EN61000-4-6 、GB/T17626.6

工頻磁場抗擾度(M/S): IEC61000-4-8、 EN61000-4-8、GB/T17626.8
電壓跌落(DIPS): IEC61000-4-11、 EN61000-4-11、 GB/T17626.11
諧波電流(Harmonic): IEC61000-3-2、EN61000-3-2

電壓閃爍(Flicker): IEC61000-3-3、EN61000-3-3

輻射干擾(Radiated Interference)是通過空間并以電磁波的特性和規(guī)律傳播的。但不是任何裝置都能輻射電磁波的。傳導干擾(Conducted Interference)是沿著導體傳播的干擾。所以傳導干擾的傳播要求在干擾源和接收器之間有一完整的電路連接。

電磁兼容三要素:任何電磁兼容性問題都包含三個要素,即干擾源、敏感源和耦合路徑,這三個要素中缺少一個,電磁兼容問題就不會存在。

產(chǎn)生電磁干擾的條件: 突然變化的電壓或電流,即dV/dt或dI/dt很大;輻射天線或傳導導體。

電磁兼容標準對設備的要求有兩個方面:一個是工作時不會對外界產(chǎn)生不良的電磁干擾影響,另一個是不能對外界的電磁干擾過度敏感。前一個方面的要求稱為干擾發(fā)射要求,后一個方面的要求稱為敏感度要求。

電磁能量從設備內(nèi)傳出或從外界傳入設備的途徑只有兩個,一個是以電磁波的形式從空間傳播,另一個是以電流的形式沿導線傳播。因此,電磁干擾發(fā)射可以分為:傳導發(fā)射和輻射發(fā)射;敏感度也可以分為傳導敏感度和輻射敏感度。

電磁兼容標準分為基礎標準、通用標準、產(chǎn)品類標準和專用產(chǎn)品標準。

基礎標準:描述了EMC現(xiàn)象、規(guī)定了EMC測試方法、設備,定義了等級和性能判據(jù)。基礎標準不涉及具體產(chǎn)品。

產(chǎn)品類標準:針對某種產(chǎn)品系列的EMC測試標準。往往引用基礎標準,但根據(jù)產(chǎn)品的特殊性提出更詳細的規(guī)定。

通用標準:按照設備使用環(huán)境劃分的,當產(chǎn)品沒有特定的產(chǎn)品類標準可以遵循時,使用通用標準來進行EMC測試。對使設備的功能完全正常,也要滿足這些標準的要求。

關(guān)于制訂電磁兼容標準的組織和標準的介紹:

IEC(國際電工委員會):有兩個平行的組織制訂EMC標準,CISPR和TC77。

CISPR(國際無線電干擾特別委員會):1934年成立。目前有七個分會:A分會(無線電干擾測量方法與統(tǒng)計方法)、B分會(工、科、醫(yī)療射頻設備的無線電干擾)、C分會(電力線、高壓設備和電牽引系統(tǒng)的無線電干擾)、D分會(機動車和內(nèi)燃機的無線電干擾)、E分會(無線接收設備干擾特性)、F分會(家電、電動工具、照明設備及類似電器的無線電干擾)、G分會(信息設備的無線電干擾)。

TC77(第77技術(shù)委員會):1981年成立。目前有3個分會:SC77A(低頻現(xiàn)象)、 SC77B(高頻現(xiàn)象)、 SC77C(對高空核電磁脈沖的抗擾性)。

CENELEC(歐洲電工標準化委員會):由歐共體委員會授權(quán)制訂歐洲標準。EN標準中引用了很多CISPR和IEC標準,其對應關(guān)系如下:

EN55××× = CISPR標準, (例: EN55011 = CISPR Pub.11)

EN6×××× = IEC標準, (例: EN61000-4-3 = IEC61000-4-3 Pub.11)

EN50××× = CENELEC自定標準, (例: EN50801 )

FCC(聯(lián)邦通信委員會)全名為Federal Communications Commission:是管理電腦, 周邊及通信產(chǎn)品等銷售美國之審核授權(quán)機抅, 主要制訂民用產(chǎn)品標準,關(guān)于電磁兼容的標準主要包括在FCC Part15和FCC Part 18中。

FCC Part 15 subpart B規(guī)定: 凡利用數(shù)位技術(shù)之電子裝置或系統(tǒng), 及使用或產(chǎn)生脈波頻率超過10KHz之器材,皆須依規(guī)定進行測試認證后, 才可以在美國市場銷售。

MIL-STD(美軍標):典型的是MIL-STD –461D。這個標準不僅規(guī)定了最大輻射發(fā)射和傳導發(fā)射的限制,還規(guī)定了系統(tǒng)對輻射和傳導干擾的敏感度要求。配套標準MIL-STD-462規(guī)定了必要的測試裝置。商業(yè)公司經(jīng)常將MIL-STD-461中的某些部分作為產(chǎn)品內(nèi)部EMC規(guī)范。

VCCI(干擾自愿控制委員會):民間機構(gòu),其標準與CISPR和IEC一致。

GB(中國國家標準):基本采用CISPR和IEC標準,目前已發(fā)布57個。

GJB(中國軍用標準):基本采用美軍標,例如GJB151A = MIL-STD –461D。

軍用設備
為軍用設計的電子系統(tǒng)必須滿足MIL-STD-461D的要求, 另一個關(guān)于EMI的軍用標準是保密的TEMPEST計劃,這是用來保證保密通信系統(tǒng)安全的。現(xiàn)在可以接收并復現(xiàn)出大多數(shù)電子設備政黨工作時所發(fā)射的功率很低的射頻信號。象對電子竊聽很脆弱的CRT終端那樣的軍用產(chǎn)品就屬于TEMPEST的范疇。在實踐中,TEMPEST控制設備和系統(tǒng)的發(fā)射,使無法解譯攜帶信息的信號。
由于關(guān)于EMC的法規(guī)和標準十分復雜,關(guān)于信息技術(shù)設備的相關(guān)標準總結(jié)在表1.9中。一些標準的頻率范圍在圖1-3中標明。

CE標示: 源自歐共體各會員國(European Community)縮寫的總稱, 並以此為標志。規(guī)范產(chǎn)品是否符合歐體為保障民眾安全健康以及環(huán)境保護等利益所訂定之基本安全要求。

CE = EMC + LVD EMC : 電磁干擾及電磁相容性 LVD : 低電壓指令

測量場地:GB要求在開闊場地中測量,GJB要求在屏蔽半無反射室中測量,由于電磁環(huán)境日趨惡化,開闊場中的背景干擾往往嚴重影響測量,因此,GB測量也開始在屏蔽半無反射室中做,但要求半無反射室中的電磁場分布與開闊場近似。

天線到EUT(受試設備)的距離:GB要求為3米、10米或30米,GJB要求為1米;

測量內(nèi)容:GB僅測量電場輻射發(fā)射,GJB對電場輻射和磁場輻射都要測量;

測量頻率范圍:GB規(guī)定的測量范圍為30MHz ~ 1GHz,隨著時鐘頻率的升高,有擴展到18GHz的趨勢,GJB規(guī)定的測量頻率范圍為10kHz ~ 18GHz。

EUT的布置:GB和GJB都要求EUT按照實際工作狀態(tài)布置(互聯(lián)電纜和所連接的外部設備全部按實際狀態(tài)連接),GB要求EUT放置在木制測試臺上,GJB要求EUT放置在金屬板上。距離地面的距離為0.8米;

檢波方式:干擾測量儀的讀數(shù)與檢波方式有關(guān),因此標準中都明確規(guī)定檢波方式,GB要求準峰值檢波,GJB要求峰值檢波;

最大輻射點:與處理電磁兼容問題的原則相同,僅關(guān)心最壞情況。因此,以EUT的最大輻射值為測量結(jié)果。最大輻射值的含義有4個,第一:EUT的工作狀態(tài)處于最大輻射狀態(tài),第二:EUT最大輻射面對著天線,第三:天線的極化方向為接收最大場強的方向,第四:天線的高度為接收最大場強的位置。GJB中,沒有第四點的要求,即,天線的高度是固定的。

測量設備:

騷擾測量設備:用來定量計量騷擾強度的設備,可以是EMI測量接收機,也可以是頻譜分析儀,頻率范圍要覆蓋150KHz~30MHz,具有峰值、準峰值和平均值檢波功能。

線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(LISN):由于電源端子傳導發(fā)射的強度與電網(wǎng)的阻抗有關(guān),因此為了使測量具有唯一性,必須在特定的阻抗條件下測量,LISN就提供了這樣一個環(huán)境,GB9254標準中使用的LISN為50Ω/50μH。

接地平板:受試設備要放置在接地金屬板上進行試驗,該金屬板比被測設備邊框大0.5米,最小尺寸為2m×2m。

電快速脈沖試驗模擬電網(wǎng)中的感性負載斷開時產(chǎn)生的干擾。這種干擾不僅會出現(xiàn)在電源線上,而且會耦合到信號線上。因此,這個試驗要對電源線和信號線做。設備能夠通過浪涌試驗,并不意味著也能通過電快速脈沖試驗。一方面是因為后者的頻率成份遠高于前者,具備不同的干擾機理,令一方面是因為電快速脈沖試驗中施加的干擾是重復性,這對電路具有一種積分效應,是電路中的積分型抗干擾電路實效。

頻譜分析儀能夠快速地在較寬的頻率范圍內(nèi)掃描,因此是診斷電磁干擾發(fā)射的方便工具。使用頻譜分析儀時需要注意的問題:頻譜分析儀不能觀測瞬間干擾,如靜電放電、雷電等;頻譜分析儀的掃描時間不能設置得太短,即不能使掃描速度太快;從頻譜分析儀屏幕上讀取頻率與幅度數(shù)據(jù)時,其精度與頻譜儀的掃描范圍有關(guān),范圍越窄,精度越高;當輸入信號過大時,頻譜分析儀會發(fā)生過載,使讀取的幅度數(shù)據(jù)比實際的小,用輸入衰減器可以避免過載;減小頻譜儀的中頻帶寬可以提高儀器的靈敏度(和選擇性),但掃描時間會更長;寬帶信號的幅度會隨著中頻分辨帶寬的增加而增加。

電磁干擾(EMI)接收機是另一種測量電磁干擾的設備,許多人在選購儀器時搞不懂接收機與頻譜儀之間的區(qū)別,下面做一簡單比較:

所有的接收機都標準配置預選器(頻譜儀需要選配),能夠有效地抑制帶外噪聲;所有的接收機用基頻混頻方式(頻譜儀使用基頻和諧頻混頻),具有較高的靈敏度;接收機的中頻濾波器為矩形(頻譜儀的中頻濾波器為高斯形),具有更好的選擇性;接收機適合于正式測量,不適合于診斷。

EMC試驗室有華測(CTI)、SGS、信測、信華、華通威、冠準、莫特、廣州ETL、廣州五所、東莞經(jīng)續(xù)、東莞沃特、厚街北南、長安世鴻、長安碩信(ATT)、大朗信寶、塘夏歐標、摩爾實驗室、經(jīng)續(xù)檢驗技術(shù)有限公司等。像美國的FCC只測EMI中的輻射和傳導,不測EMS。有些國家EMI和EMS是分開測的,有些國家是一起像CCC認證CE認證。現(xiàn)在很多電器類產(chǎn)品做CE還要加測電磁波騷擾EMF,標準是EN-50336。電源EMI技術(shù)就算能達到標準,有的產(chǎn)品要求要達一定的濕度測試。在深圳濕試控制都比較難做。深圳幾家大實驗室,都比較難,空間問題。EMI不只包括傳導,輻射,電流諧波與電壓閃爍也是EMI的部分。諧波和閃爍是設備對外的,而不是外界對設備的,所以是EMI,不是EMS。

未完,待續(xù).....

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