到底什么是传导骚扰测试?EMC电磁兼容测试CE传导测试

2021-07-02 10:02:21

传导骚扰测试(Conducted Emission)简称CE测试,通常也会被称为传导发射测试或骚扰电压测试等。传导骚扰的实质是电磁波在低频时由于波长原因需要依附导体进行传播,根据导体的性质,我们通常将传导骚扰分为:电源端传导骚扰、信号端传导骚扰、负载端传导骚扰。传导骚扰需要一个专业的测试环境,需要隔绝外部空间的电磁骚扰信号,因此在标准中规定传导骚扰必须在屏蔽室内进行。传导骚扰需要哪些测试设备呢?主要有接收机、人工电源网络、电压探头、脉冲限幅器(若人工电源网络内置脉冲限幅器也可不配)等。

电源端CE

电源端的传导骚扰是最常见的,也是我们最容易理解的,电源端CE指的是EUT供电电源线上的传导骚扰,拿照明产品为例,一个灯具在正常工作时,内部电路会产生电磁骚扰,一部分低频骚扰信号会依靠电源线传输至电网,这部分电磁骚扰信号就是我们所指的电源端传导骚扰信号。具体哪些产品需要做电源端CE呢?我们按目前主流行业分类有以下几类:照明行业、家电行业、医疗行业、电源行业、电力电表行业、新能源及汽车行业等。电源端CE的主要测试设备有接收机、人工电源网络、脉冲限幅器。行业内对接收机、脉冲限幅器应该再熟悉不过了,本文就不再赘述了,本文主要讲解一下人工电源网络。

人工电源网路(Articial main network)简称AMN。在GB6113.102-2018中对AMN的描述如下:人工电源网络在射频范围内向EUT提供规定范围阻抗,并能将实验电路与供电电源上的无用射频信号进行隔离,进而将骚扰电压耦合到测量接收机上的网络。

AMN分为两种类型:V-AMN(用于耦合非对称电压)和△-AMN(分别用于耦合对称电压和不对称电压)。V-AMN我们又称为线路阻抗网络(LISN)。

这里首先我们要知道几个概念:对称电压、不对称电压、非对称电压。

常规民品的电源端CE我们测试的是非对称电压,比对L对PE,或N-PE,所以我们一般会选择V-AMN。常规民品电源端CE测试频段需覆盖9kHz-30MHz,V-AMN需要满足阻抗要求(50uH+5Ω)// 50Ω,在这里可能有些读者会有疑问,标准GB6113.102的4.3和4.4条例中指出(50uH+5Ω)// 50ΩV型AMN适用于(9kHz-150kHz),(50uH)// 50ΩV型AMN适用于(150kHz-30MHz),那为什么市面上的(50uH+5Ω)// 50Ω的V-AMN能满足要求呢?

我们仔细阅读标准发现,在GB6113.102的附录A.2中指出(50uH+5Ω)// 50Ω也能满足4.4中对(50uH)// 50ΩV-AMN的要求。

信号端CE

信号端的传导骚扰的应用多见于信息技术设备,如电脑、监控设备等,信息技术设备大多都包含电信/网络端口,在GB9254-2008中对电信/网络端口的定义如下:

在实际测试中最常见的端口就是交换机网口、监控系统的网络端口等。一般的信息技术设备都有相应的辅助设备AE,信号端CE主要测试的是EUT与AE之间的信号线上的骚扰信号,我们在测试时应该模拟EUT正常使用时的状态,连接上所有的辅助设备,并保证其正常工作。电源端CE的主要测试设备有接收机、不对称人工电源网络、脉冲限幅器。

不对称网络(asymmetric artificial network)简称AAN,又称Y型网络,我们常见的T型网络是一种常见的Y型网络。AAN用于测量非屏蔽平衡信号线上的共模电压,同时又能抑制信号线上的差模信号。这里我们需要注意的是ANN测试的非屏蔽平衡信号线,在这里首先我们要明白什么是非屏蔽平衡线?这里有两个概念“屏蔽”和“平衡线”。“屏蔽”比较好理解,有些信号线会带有屏蔽层,用于屏蔽外部信号耦合,这些线就是屏蔽线。“平衡线”的概念多见于音视频连接线,为了更好理解平衡线,我们必须知道什么是非平衡线?两者的区别在于信号传输方式上,非平衡线一般有信号端与地端,信号端为高端,地端为低端,利用信号端与地线电位差进行信号传输,如我们常见的RS232传输方式。平衡线与之不同,他是利用不同信号线之间的电位差进行信号传输,如我们常见的RS485传输方式。由于传输方式上的不同,平衡线避免了信号地环路引起的电位差问题,平衡线在长距离传输上有巨大优势。在ANN的选型中,我们需要注意一个特别的参数:纵向转换损耗(LCL)。LCL指的是在一个单端口或双端口网络中,由互联线上的纵向(不对称)信号在网络端子上产生无用横向(对称模式)信号程度的量度,标准GB6113.102-7.2中对不同类型的线型的LCL做了以下规定。

标准规定了三类、五类、六类线的LCL要求,三五六类线的概念多见于网线,网线分为UTP(非屏蔽双绞线)和STP(屏蔽双绞线)两类。UTP属于非屏蔽平衡线,是可以用AAN进行测试的。由于不同的线型对ANN有不同的LCL要求,所以当客户对三类、五类、六类网线都有测试要求时,是否需要同时采购3种ANN?在标准GB6113.102表5中对设备的符合性描述如下:对于发射试验,CISPR规定使用规定的LCL模拟不同类别电缆的对称性。所以答案也显而易见,测试不同类型的电缆,需要选配不同的ANN。

负载端CE

负载端的概念在GB17743-2017中有所提及,我们常规LED照明产品包含两部分:驱动器和灯具。在这个例子中灯具就是驱动器的负载。在标准GB17743-2017的图5中对负载端描述如下:

图中LT是DUT与负载连接线,P指的是电压探头,从原理图上我们发现,负载端CE的实质和电源端CE是一致的,都是测L-PE或N-PE的非对称信号,为了区别电源端CE,避免混淆,标准又定义了负载端CE。当然并不仅仅照明行业有负载端的概念,家电行业中空调的外机也是一种常见的负载。看到这里可能有读者会问,既然负载端CE与电源端CE实质相同,直接用AMN是否可以?这个问题我们可以在电压探头的实际应用中找到答案,举个列子,比如空调的负载端测试,若用电压探头,测试时直接将探头夹在外机L或N端,PE接地即可,若用AMN,还需考虑端子类型与AMN供电插座的兼容性,需定制转换插座,十分不方便。若是碰到一些高压负载还需额外采购高压AMN。所以客户若有负载端CE的需求,还是推荐采购电压探头。

另外在电压探头的应用中,客户经常会忽视一个问题,一般采购的电压探头会自带一个衰减器(ESH2Z31)如下图所示:

一般客户在使用时会忽视这个衰减器,将其安装在探头上直接测试,这样势必会导致测试结果的误差,这个衰减器的实际作用是用于测试线路阻抗的,通过计算添加衰减器与不添加衰减器的差值,再对照差值与阻抗参数表,查找出对应的线路阻抗。

试验布置

常见的台式设备的CE试验布置有以下两种,标准上规定EUT边界对参考接地板分别距离80cm或40cm,图a中EUT边界距离垂直参考接地板距离80cm,距离水平参考接地板40cm。图b中EUT边界距离垂直参考接地板距离40cm,距离水平参考接地板80cm。所以我们会发现会有不同高度的测试桌,当遇到EUT设备较重的情况下,我们推荐使用40cm测试桌。除上述两个距离要求之外,我们还需关注EUT电源端与AMN电源输出端之间的直线距离,该距离需满足80cm,当EUT供电电缆超过80cm时,需要8字绕接,保证80cm要求。

CE测试小知识点

常规的产品比如灯具、家电类都是测试其电源输入端,但是也有产品是测试其电源输出端,比如光伏发电类产品,这些产品一般内部都有AC/DC模块,光伏发电产品需要将自身转化的电能输出至电网,若产品自身EMC性能较差,输出至电网的电能就会夹杂很多电磁干扰,从而影响电网的用电质量,这也是为什么在2019年12月17日发布的新版GB4824中会新增“光伏发电系统”在8.2.2中新增“并网电网转换器的测量”。如下图所示。

常见的光伏发电系统是DC输入,AC输出,直流电源供电至DC-AN再给EUT供电,EUT交流输出至LISN输出端,这块要特别注意,常规产品一般是EUT输入端接入LISN输出端,光伏发电类产品的工作特性,我们需要关注其交流输出端的传导骚扰。若EUT非并网设备,切忌不可如此连接,否则会损坏设备。一般实验室为了稳妥起见,还会在EUT并网端连接与EUT相应功率的纯阻性负载,在保证EUT满载的同时也起到一个保护设备的作用。如下图所示

总结

传导骚扰是最用于范围最广的EMC测试项目之一