瞬態(tài)傳導(dǎo)騷擾測試方法及其抑制技術(shù)的探討

黎俊勇

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州，510610）

0 引言

感性器具負(fù)載，比如電機、壓縮機、水泵、風(fēng)扇和交流開關(guān)觸點、電磁閥等，在其動作瞬間會產(chǎn)生以脈沖形式存在的瞬態(tài)傳導(dǎo)騷擾[1]。由此產(chǎn)生的瞬態(tài)傳導(dǎo)騷擾的幅值會很高，可以上到數(shù)千伏，其存在會嚴(yán)重影響與其處于同一電網(wǎng)的其它電子產(chǎn)品的正常運行，導(dǎo)致周圍帶數(shù)字控制電路的產(chǎn)品的微處理器突然跳到一個錯誤的指令狀態(tài)。針對瞬態(tài)傳導(dǎo)的騷擾所引起的危害問題，在很多軍標(biāo)、民標(biāo)和企業(yè)中制定了明確的測試和評價方法，如GJB 152A-1997的CE 107電源線尖峰信號（時域）傳導(dǎo)發(fā)射、GB 4343.1-2009中的喀嚦聲項目測試和美國通用電氣公司的ETP 910中的瞬態(tài)傳導(dǎo)騷擾測試等。

1 測試方法介紹

1.1 閉路電流測試法 [2]

測試設(shè)備需要一個帶寬大于50 MHz的記憶示波器或峰值記憶電壓表，一個頻率范圍為10 kHz～50 MHz的電流探頭和兩個10 μF的穿心電容器。具體布置如圖1所示，圖中A、B端接屏蔽室電源濾波器的輸出端，測試要點如下：

a）電流探頭靠近試樣電源線10 μF穿心電容附近，電流探頭的輸出端接到記憶示波器或峰值記憶電壓表上。

b）對被測設(shè)備的各種工作狀態(tài)進行重復(fù)操作，比如各種開關(guān)的通斷、電機的啟動和停止、繼電器的吸合和斷開、壓縮機的啟動和停止等，并通過記憶示波器或峰值記憶電壓表讀取各種狀態(tài)的最大值。如有可能同步時，被測設(shè)備開關(guān)的轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)就會在電源線峰值和零值處出現(xiàn)。

c）峰值電流通過公式 IdBμA=VdBμV-ZdBΩ轉(zhuǎn)換，其中ZdBΩ為電流探頭由記憶示波器或峰值記憶電壓表加載的變換阻抗；如果記憶示波器或峰值記憶電壓表輸入阻抗并聯(lián)一個50 Ω電阻，則可用已知的電流探頭的變換阻抗。

圖1 瞬態(tài)傳導(dǎo)閉路電流測試布置圖

1.2 開路電壓測試法 [2]

測試設(shè)備需要一個帶寬大于50 MHz的記憶示波器或峰值記憶電壓表，一個頻率范圍為10 kHz-50 MHz的電壓探頭，兩個10 μF的穿心電容器和兩個25 μH的電感器，該電感器與10 μF穿心電容在10 kHz以下提供拐角或陷波，而且諧振頻率高于50 MHz，能通過被測設(shè)備的工作電流。具體布置如圖2所示，圖中A、B端接屏蔽室電源濾波器的輸出端，測試要點如下：

圖2 瞬態(tài)傳導(dǎo)開路電壓測試布置圖

a）電壓探頭靠近電源線10 μF穿心電容附近的電感器上，電壓探頭的輸出端接到記憶示波器或峰值電壓表上。

b）對被測設(shè)備的各種工作狀態(tài)進行重復(fù)操作，并通過記憶示波器或峰值記憶電壓表讀取各種狀態(tài)的最大值。

1.3 LISN測試法 [2]

測試設(shè)備需要一個帶寬大于50 MHz的記憶示波器或峰值記憶電壓表，一個頻率范圍為10 kHz～50 MHz的電流探頭，一個頻率范圍為10 kHz～50 MHz的電壓探頭和一個50 Ω/50 μH的V型線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)。具體的布置如圖3所示，測試要點如下：

a）被測設(shè)備電源輸入端插到線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)電源輸入口處。

b）電流探頭位于被測設(shè)備與線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)直接靠近線路穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的電源線上測試，電壓探頭連接到線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)信號輸出端上測試。當(dāng)進行電流測試時，50 Ω電阻需端接在線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)信號輸出端子上。

c）對被測設(shè)備的各種工作狀態(tài)進行重復(fù)操作，并通過記憶示波器或峰值記憶電壓表讀取各種狀態(tài)的最大值。

圖3 瞬態(tài)傳導(dǎo)LISN測試法布置圖

1.4 專用設(shè)備測試法

針對某些標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的瞬態(tài)傳導(dǎo)測試方法和評定要求，很多儀器制造商研制了具體的測試設(shè)備。利用專用設(shè)備進行瞬態(tài)傳導(dǎo)騷擾測試，可以使得測試更簡單和客觀，可以避免很多的人為因素，但是也存在標(biāo)準(zhǔn)局限性的缺點：單一型號的儀器設(shè)備基本只能適用于一個標(biāo)準(zhǔn)，而且可考察的頻率范圍比較窄，如適用于GB 4343.1-2009標(biāo)準(zhǔn)的喀嚦聲測試儀所考察的頻點也僅為150 kHz、500 kHz和1.4 MHz、30 MHz 4個頻點[3]。圖4所示的布置為針對GB 4343.1-2009所使用的一種瞬態(tài)傳導(dǎo)的測試方法[3]，測試要點如下：

a）被測設(shè)備電源輸入端插到LISN的電源輸入口處，被測樣品按具體的標(biāo)準(zhǔn)要求進行布置。

b）喀嚦聲測試儀的信號輸入口通過信號線LISN的信號輸出口相連。

c）按照標(biāo)準(zhǔn)對具體產(chǎn)品的要求對被測設(shè)備進行設(shè)置和控制。

d）在測試周期內(nèi)，喀嚦聲測試儀根據(jù)具體的標(biāo)準(zhǔn)要求對被測樣品在各具體的頻點上所產(chǎn)生的瞬態(tài)傳導(dǎo)進行記錄和評定。

圖4 瞬態(tài)傳導(dǎo)專用設(shè)備測試法布置圖

2 抑制技術(shù)

分析瞬態(tài)傳導(dǎo)騷擾的形成機理，主要是感性器具負(fù)載在通斷過程中電壓和電流均不為零，并且出現(xiàn)了重疊，在通斷過程中電壓、電流變化都很快，波形出現(xiàn)明顯的過沖，導(dǎo)致了瞬態(tài)傳導(dǎo)騷擾[4]。對此我們可以在控制感性負(fù)載通斷的開關(guān)電路中增加了小電感、電容等諧振元件，在開關(guān)過程前后引入諧振，消除電壓、電流的重疊，從而達到降低瞬態(tài)傳導(dǎo)騷擾的目的，目前常用的技術(shù)被稱為軟開關(guān)技術(shù)。我們可以通過加入軟開關(guān)電路來實現(xiàn)零電壓開通、零電流關(guān)斷、零電壓關(guān)斷和零電流開通，從而避免了感性負(fù)載通斷瞬間電壓和電流的重疊而形成的瞬態(tài)傳導(dǎo)騷擾[4]。典型的軟開關(guān)電路有零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路（如圖5所示）、諧振直流環(huán)電路（如圖6所示）、移相全橋型零電壓開關(guān)PWM電路（如圖7所示）和零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路（如圖8所示）[4]。

瞬態(tài)傳導(dǎo)騷擾的抑制除了使用軟開關(guān)電路之外，還可以考慮從電源濾波和能量吸收方面對瞬態(tài)騷擾進行抑制。可以在被供電設(shè)備的電源輸入端增加高頻吸收回路，抑制其高頻騷擾向電源反向注入。被供電設(shè)備的瞬態(tài)傳導(dǎo)騷擾幅值過高，電源濾波網(wǎng)絡(luò)無法將其完全抑制，此時應(yīng)根據(jù)超標(biāo)的頻率范圍加強相應(yīng)頻段濾波網(wǎng)絡(luò)的濾波能力，如使用多級濾波。

另外，在設(shè)計中也需要考慮電源初級和次級之間的良好隔離，從而減輕瞬態(tài)傳導(dǎo)騷擾的耦合。電源的輸入端和輸出端靠得太近，被供電設(shè)備的瞬態(tài)傳導(dǎo)騷擾通過空間耦合到供電端，形成騷擾，此時應(yīng)通過改變布局和布線結(jié)構(gòu)，以減輕這種耦合。若被測設(shè)備是有外接地線的設(shè)備，可能因為系統(tǒng)接地方式不合理，感性器具負(fù)載端的瞬態(tài)傳導(dǎo)騷擾通過接地不良的地線耦合到電源輸入端，造成測量超標(biāo)，此時應(yīng)通過調(diào)整和改變系統(tǒng)的接地方式來減少這種騷擾的發(fā)生。若通過測試驗證瞬態(tài)傳導(dǎo)騷擾是通過接地線耦合的，就可在電源地與負(fù)載地之間連接時增加高頻扼流圈；或在不影響供電設(shè)備正常工作情況下可以通過將電源地與負(fù)載地分開，讓負(fù)載浮地的方法來抑制電源和感性器具負(fù)載之間的地線耦合而引起的瞬態(tài)傳導(dǎo)騷擾。

3 結(jié)束語

瞬態(tài)傳導(dǎo)騷擾存在于日常使用的各種各樣的電氣設(shè)備當(dāng)中，其危害已經(jīng)不容忽視，越來越多的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)加入了此項目的考察內(nèi)容。對于瞬態(tài)傳導(dǎo)騷擾在國際或是國內(nèi)還未形成一個統(tǒng)一的評定準(zhǔn)則，這個留待科研人員繼續(xù)去研究和探討。本文介紹了瞬態(tài)傳導(dǎo)干擾形成的機理、幾種常用的測試方法及一些抑制方法原理和常用電路，希望能給科研人員對電子電氣設(shè)備所產(chǎn)生的瞬態(tài)傳導(dǎo)騷擾進行更深入的研究提供幫助。

[1]EPT 910E001-2010，GE consumer&industrial engineering test procedure[S].

[2]GJB 152A-1997，軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測量[S].

[3]GB 4343.1-2009，家用電器、電動工具和類似器具的電磁兼容要求 第1部分：發(fā)射[S].

[4]王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)[M].西安：機械工業(yè)出版社，2005.