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电快速瞬变脉冲群抗扰度测试常见问题对策及整改措施

发布时间:2021-02-24 11:18

电快速瞬变脉冲群形成的机理及其对电子产品的影响
电快速瞬变脉冲群是由电感性负载(如继电器、接触器等)在断开时,由于开关触点间隙的绝缘击穿或触点弹跳等原因,在断开处产生的暂态骚扰。当电感性负载多次重复开关,则脉冲群又会以相应的时间间隙多次重复出现。这种暂态骚扰能量较小,一般不会引起设备的损坏,但由于其频谱分布较宽,所以会对电子、电气设备的可靠工作产生影响。一般认为电快速瞬变脉冲群之所以会造成设备的误动作,是因为脉冲群对线路中半导体结电容充电,当结电容上的能量累积到一定程度,便会引起线路乃至设备的误动作。
电快速瞬变脉冲群测试及相关要求
不同的电子、 电气产品标准对电快速瞬变脉冲群抗扰度试验的要求是不同的,但这些标准关于电快速瞬变脉冲群抗扰度试验大多都直接或间接引用GB/T17626.4-1998 (idt IEC 61000-4-4:1995):《电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》这一国家电磁兼容基础标准,并按其中的试验方法进行试验。下面就简要介绍一下该标准的内容、试验方法及相关要求。
电快速瞬变脉冲群试验对象:
适用于在住宅区和商业区/工业区使用的在运行条件下的电子、电气设备的电快速瞬变脉冲群的抗扰性能测试。
电快速瞬变脉冲群试验内容:
对电气和电子设备的供电电源端口、信号和控制端口在受到重复性快速瞬变脉冲群干扰时的性能进行评定。
电快速瞬变脉冲群试验目的:
重复快速瞬变试验是一种将由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群耦合到电气和电子设备的电源端口、信号和控制端口的试验。试验的要点是瞬变的短上升时间、重复率和低能量。电快速速变脉冲群试验的目的就是为了检验电子、电气设备在遭受这类暂态骚扰影响时的性能。
电快速瞬变脉冲群试验发生器
试验发生器性能的主要指标有三个:单个脉冲波形、脉冲的重复频率和输出电压峰值。GB/T 17626.4 要求试验发生器输出波形应如图所示。

电快速瞬变脉冲群

电快速瞬变脉冲群概略图

接50负载时单个脉冲的波形

电快速瞬变脉冲群抗扰度试验方法
对交 /直流电源端子的选择耦合/去耦网络来施加快速瞬变脉冲群干扰信号。对 I/O信号、数据和控制端口选择快速瞬变脉冲群测试专用的容性耦合夹来施加快速瞬变脉冲群干扰信号。
电快速瞬变脉冲群抗扰度等级及其选择:
试验等级应根据下列情况来选择:
----电磁环境; ---- 骚扰源与关心的设备的邻近情况;---- 兼容性裕度
对具体的产品来说,试验等级选择往往已在相应的产品或产品族标准中加以规定。

电快速瞬变脉冲群抗扰度试验标准试验等级
电快速瞬变脉冲群抗扰度试验标准试验等级

电快速瞬变脉冲群抗扰度试验环境
该标准规定的环境条件:
环境温度: 15℃~35℃、相对湿度: 25%~75%RH、大气压力: 86kPa~106kPa 4.3.2.8 试验布置标准对试验布置也做出了详细的规定,下图为用于实验室型式试验的一般试验配置示意图。

用于实验室型式试验的一般试验配置
用于实验室型式试验的一般试验配置
L=耦合夹与 EUT之间的距离,不应大于1m;(A)=电源线耦合位置; (B)=信号线耦合位置

电快速瞬变脉冲群抗扰度试验实施
电源、信号和其他功能电量应在其额定的范围内使用,并处于正常的工作状态。根据要进行试验的EUT的端口类型选择相应的试验等级和耦合方式。使受试设备处于典型工作条件下,根据受试设备端口及其组合,依次对各端口施加试验电压。每种组合应针对不同脉冲极性进行测试,每种状态的试验持续时间不少于1min。不同的产品或产品族标准对试验的实施可能根据产品的特点有特定的规定。
电快速瞬变脉冲群抗扰度测试试验结果
若电快速速变脉冲群测试通不过,可能产生如下后果:造成设备的误动作。
导致电快速脉冲试验失败的原因
从脉冲群试验主要是进行电源线和信号/控制线的传导差 /共模干扰试验,只是干扰脉冲的波形前沿非常陡峭,持续时间非常短暂,因此含有极其丰富的高频成分,这就导致在干扰波形的传输过程中,会有一部分干扰从传输的线缆中逸出,这样设备最终受到的是传导和辐射的复合干扰。电快速脉冲试验波形的上升沿很陡,包含了很丰富的高频成分。另外,由于试验脉冲是持续一段时间的脉冲串, 因此它对电路的干扰有一个累积效应,大多数电路为了抗瞬态干扰,在输入端安装了积分电路,这种电路对单个脉冲具有很好的抑制作用,但是对于一串脉冲则不能有效地抑制。
电快速脉冲对设备影响的原因有三种,包括:
a)通过电源线直接传导进设备的电源,导致电路的电源线上有过大的噪声电压。当单独对火线或零线注入时, 在火线和零线之间存在着差模干扰,这种差模电压会出现在电源的直流输出端。当同时对火线和零线注入时,仅存在着共模电压,由于大部分电源的输入都是平衡的(无论是变压器输入,还是
整流桥输入),因此实际共模干扰转变成差模电压的成分很少,对电源的输出影响并不大。
b)干扰能量在电流线上传导的过程中,向空间辐射,这些辐射能量感应到邻近的信号电缆上,对信号电缆连接的电路形成干扰(如果发生这种情况, 往往会在直接向信号电缆注入试验脉冲时,导致试验失败)。
c)干扰脉冲信号在电缆(包括信号电缆和电源电缆)上传输时产生的二次辐射能量感应进电路,对电路形成干扰。
通过电快速脉冲试验的整改措施
针对脉冲群干扰,主要采用滤波(电源线和信号线的滤波)及吸收(用铁氧体磁芯来吸收)。采用铁氧体磁芯吸收的方案非常便宜也非常有效,但要注意做试验时铁氧体磁芯的摆放位置,就是今后要使用铁氧体磁芯的位置,千万不要随意更改, 因为脉冲群干扰不仅仅是一个传导干扰,更麻烦的是它还含有辐射的成分,不同的安装位置,辐射干扰的逸出情况各不相同,难以捉摸。一般将铁氧体磁芯用在干扰的源头和设备的入口处最为有效。下面根据端口的不同分别进行探讨。
针对电源线试验的措施
解决电源线干扰问题的主要方法是在电源线入口处安装电源线滤波器,阻止干扰进入设备。快速脉冲通过电源线注入时,可以是差模方式注入,也可以是共模方式注入。对差模方式注入的一般可以通过差模电容(X 电容)和电感滤波器加以吸收。若注入到电源线上的电压是共模电压,滤波器必须能对这种共模电压起到抑制作用才能使受试设备顺利通过试验。
下面是用滤波器抑制电源线上的电快速脉冲的方法。
a)设备的机箱是金属的:
这种情况是最容易的。因为机箱是金属的,它与地线面之间有较大的杂散电容,能够为共模电流提供比较固定的通路。这时,只要在电源线的入口处安装一只含有共模滤波电容的电源线滤波器,共模滤波电容就能将干扰旁路掉,使其回到干扰源。由于电源线滤波器中的共模滤波电容受到漏电流的限制,容量较小,因此对于干扰中较低的频率成分主要依靠共模电感抑制。另外,由于设备与地线面之间的接地线具有较大的电感,对于高频干扰成分阻抗较大,因此设备接地与否对试验的结果一般没有什么影响。除了选择高频性能良好的滤波器以外,在安装滤波器时,注意滤波器应靠近金属机箱上的电源入口处,防止电源线二次辐射造成的干扰。
b)设备机箱是非金属的如果设备的机箱是非金属的,必须在机箱底部加一块金属板,供滤波器中的共模滤波电容接地。这时的共模干扰电流通路通过金属板与地线面之间的杂散电容形成通路。如果设备的尺寸较小, 意味着金属板尺寸也较小,这时金属板与地线面之间的电容量较小,不能起到较好的旁路作用。在这种情况下,主要靠电感发挥作用。此时,需要采用各种措施提高电感高频特性,必要时可用多个电感串联。
针对信号线试验应采取的措施
快速脉冲通过信号 /控制线注入时,由于是采用容性耦合夹注入,属共模注入方式。
a)信号电缆屏蔽:
从试验方法可知, 干扰脉冲耦合进信号电缆的方式为电容性耦合。消除电容性耦合的方法是将电缆屏蔽起来, 并且接地。 因此, 用电缆屏蔽的方法解决电快速脉冲干扰的条件是电缆屏蔽层能够与试验中的参考地线面可靠连接。如果设备的外壳是金属的并是接地的设备,这个条件容易满足。 当设备的外壳是金属的, 但是不接地时, 屏蔽电缆只能对电快速脉冲中的高频成分起到抑制作用,这是通过金属机壳与地之间的杂散电容来接地的。如果机箱是非金属机箱,则电缆屏蔽的方法就没有什么效果。
b)信号电缆上安装共模扼流圈:
共模扼流圈实际是一种低通滤波器,只有当电感量足够大时,才能对电快速脉冲群有效果。但是当扼流圈的电感量较大时(往往匝数较多),杂散电容也较大,扼流圈的高频抑制效果降低。而电快速脉冲波形中包含了大量的高频成分。因此,在实际使用时,需要注意调整扼流圈的匝数,必要时用两个不 同匝数扼流圈串联起来,兼顾高频和低频的要求。
c)信号电缆上安装共模滤波电容。这种滤波方法比扼流圈具有更好的效果,但是需要金属机箱作为滤波电容的地。另外,这种方法会对差模信号有一定的衰减,在使用时需要注意。
d)对敏感电路局部屏蔽。当设备的机箱为非金属机箱,或者电缆的屏蔽和滤波措施不易实施时,干扰会直接耦合进电路。这时只能对敏感电路进行局部屏蔽。屏蔽体应该是一个完整的六面体。
群脉冲浪涌发生器

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