電磁兼容（150kHz～30MHz）傳導干擾新測試方法的研究和應用*

陳慶雄 張衛華 蔣笑林

（湖南省市場監管局湖南省計量檢測研究院 長沙 410018）

1 引言

隨著電子行業的高速發展，作為電子產品的驅動源，也在產品的功能高度集中和電源接口統一度中有了新的要求，在過去，大電流型電源專用于軌道交通、逆變器等特殊行業，而目前大電流型電源廣泛應用于大型醫療設備、LED大顯示屏、音頻功放以及家電產品等。新的需求和應用提供了便利性和操控性的同時，也會產生一系列的關于安全、可靠性和電磁兼容性的問題。

對于電磁兼容問題，傳導騷擾作為考究產品合格的重要項目，是國內3C認證和國外認證的重要組成部分，而一般的實驗室和企業配備傳導騷擾測試設備LISN（人工電源網絡）的電流限制在16A以內，怎樣在現有設備的基礎上準確測量出大電流（超過16A電流以上）產品的干擾值，本文從原理的角度進行分析，提出一種合理的測試方法，同時用實際產品數據進行驗證分析，以便能夠對實驗室及企業的認證和預認證有幫助。

2 標準測試方法

2.1 測試標準及設備

電磁兼容中傳導騷擾項目依據的方法標準為GB/T 9254-2008《信息技術設備的無線電騷擾限值和測量方法》，本案列的傳導干擾試驗在屏蔽室進行，測量設備采用德國R&S廠家生產的型號為ESR3的接收機、型號為ESH2-Z5和ENV216的人工電源網絡，測試頻段為0.15kHz～30MHz，限值為GB/T 9254-2008中定義的A類限值。根據標準要求，試驗場地保證噪聲電平至少低于標準限值6dB［1］，本實驗室通過測量環境噪聲電平（被測設備不工作）予以確定，保證環境噪聲電平滿足標準要求，測試布置圖如圖1，AC電網將工頻電壓輸送給輸入端口，通過去耦電路進行濾波，并給連接至EUT端口的EUT提供工頻電壓，EUT工作時產生的傳導騷擾經過耦合電路送至測試模式電路，由控制電路決定選擇一種測試模式，測量結果經由射頻輸出端口輸出至接收機［2］。

圖1 傳導騷擾測試布置圖

2.2 采樣原理

根據人工電源網絡（LISN）的內部結構（如圖2），電源端部分C1、C2、L1和L2是用于濾除電源端的高頻干擾噪聲，能夠保證給被測設備（EUT）電源供電的純潔度，滿足環境噪聲電平的標準要求；C3、C4是用于提取被測設備（EUT）中的傳導騷擾噪聲電壓；R1、R3用于測量C3、C4提取的噪聲電流，并將噪聲電流轉化為噪聲電壓；R2、R4用于R1、R3斷開時為C3、C4提供放電通路。

圖2 人工電源網絡（LISN）電路拓撲結構

圖中C1、C2值為1μF，C3、C4值為0.1μF，R1、R3為50Ω，R2、R4為1kΩ，L1、L2為50μH［3］。人工電源網絡（LISN）與被測設備用L、N、G三根線相連，圖中實線帶箭頭部分為被測設備電源火線和零線對地的傳導噪聲電壓，稱作為“共模傳導噪聲”；虛線帶箭頭部分為被測設備電源火線和零線之間的傳導噪聲電壓，稱為“差模傳導噪聲”。最終由噪聲接收端測量到被測設備EUT產生的電磁干擾的混合信號，包括共模噪聲Vcm和差模噪聲Vdm［4］。

3 新方法研究及驗證

3.1 新方法的目的和接線方式

實驗室日常檢測中，我們會經常碰到16A以上電流的被測設備，在滿載的情況下，一般實驗室配備的人工電源網絡（LISN）如ENV216限流16A的電源輸出，大電流的被測設備長時間通電有可能會損壞采樣設備的核心部件以及發熱引起的各種問題，導致測試儀器損壞及數據不準確，按照GB/T 9254-2008中標準要求需采購新的大電流人工電源網絡（LISN）、電壓探頭或者電流探頭來進行測試，考慮到成本問題，能否利用現有人工電源網絡測出被測設備的傳導騷擾噪聲？

在分析人工電源網絡（LISN）的拓撲結構中，我們能夠得出，被測設備產生的共模噪聲Vcm和差模噪聲Vdm組合而成的混合干擾電壓信號，為C3、C4和R1、R3采樣至接收機，所以在將人工電源網絡（LISN）的輸入端L、N、PE三線直接連接被測設備，將被測設備的輸入端并聯引出三線L、N、PE接入人工電源網絡（LISN）輸出端口，如圖3，也就是說，將人工電源網絡（LISN）的供電功能去除，只作為干擾信號的采樣。

圖3 傳導騷擾測試布置圖

3.2 標準方法和新方法的測試數據

我們以一款規格為18A的開關電源（輸入220V、50Hz）為例進行驗證，確認方法能否可行。測試中首先以限流25A的人工電源網絡（LISN）型號為ESH2-Z5進行標準采樣，接收機為型號ESR3進行數據，按照圖1的連接方式，接收機按照步進9kHz，頻率范圍為150kHz～30MHz，得到測試曲線，在所得曲線上共選取8個頻點的傳導騷擾電平準峰值和平均值［5］做比較，如圖4。

同時，在選用型號為ESR3的接收機和限流以16A的人工電源網絡（LISN）型號為ENV216進行標準測試，按照圖3的連接方式，接收機同樣按照步進9kHz［6～11］，頻率范圍為150kHz～30MHz得到測試曲線，同樣在所得曲線上選取如圖4相同的8個頻點的傳導騷擾電平準峰值及平均值，如圖5。

圖4 按照圖1連接方式得出的測試曲線圖

圖5 按照圖3連接方式得出的測試曲線圖

3.3 測試數據對比及差異分析

通過比對圖4和圖5，在測試曲線的150kHz～3MHz之間，兩種測試方式得出的曲線在走勢上是一致的，選取了150kHz～3MHz內的六個有典型意義的頻點的傳導騷擾電平峰值做比較（選取的頻率點為開關電源的開關頻率倍頻點，具有可比性），兩者測試結果相當接近，最大差異在298kHz處，相差值為1.48dB，該點的差異主要是被測設備的布置及樣品發熱等原因造成。

而在3MHz～30MHz之間的曲線走勢有點不同，源于開關電源的開關頻率倍頻在高頻所產生的干擾弱化，產生干擾的典型值沒有低頻部分具有可比性，同時也和LISN的兩種接線方式有區別，圖4的曲線比較平整，分析認為接線人工電源網絡（LISN）電源端部分C1、C2、L1和L2是用于濾除電源端的高頻干擾噪聲，而圖3的測試連接方式沒有濾除高頻噪聲部分，故兩者在高頻范圍還是稍微有差別，在圖3連接圖中被測設備電源供電端加入32A人工電源網絡（LISN），后端的曲線完全一致，所以能夠認為這兩種方式都真實反應被測設備所產生的傳導干擾。

4 方法的應用

通過以上分析和驗證，該測量方法能夠準確得到被測設備的噪聲干擾［12］，然而在現有的標準規范中如GB/T 9254、GB/T13837等都沒有傳導干擾替代測量方式的定義，所以不能夠作為產品的正式認證方法，可用來做以下的應用方式。

1）應用于傳導干擾的比對樣品。傳導干擾［13～15］的比對樣品一般為梳妝波發生器，在150kHz～30MHz范圍內以5kHz的間隔產生一個諧波序列，在信號源與負載之間按照圖3的方式引出3線L、N、PE接入斷開輸入端的人工電源網絡（LISN），然后在接收機中讀出比對頻率的干擾值。

2）應用于大電流產品的傳導干擾預認證測試。在無大電流的人工電源網絡（LISN）的情況下，直接引入產品供電線至斷開輸入端的人工電源網絡（LISN），讀取測試頻率范圍的干擾值。

3）應用于電源產品的輸出端傳導干擾測試。由于輸出端的傳導干擾會影響到后端電路或者產品的電磁兼容性問題，逆變器、開關電源等產品的輸出端傳導干擾受到越來越多廠家的重視，同樣在產品的輸出和負載之間引線至斷開輸入端的人工電源網絡（LISN），測量出干擾值。

5 結語

在通過分析人工電源網絡（LISN）的電路結構，根據其采樣方式得出新的傳導干擾測量連接圖，能夠準確可靠地測量L/N線的共模和差模混合干擾，可以用于一般的傳導騷擾測量。可以突破人工電源網絡（LISN）本身的電流限值，進行更大電流產品的傳導干擾測量。