高校電磁抗擾度測試（EMS）實驗室的規(guī)劃與建設(shè)

王麗萍

（銅陵學(xué)院， 安徽 銅陵 244000）

工程科技

高校電磁抗擾度測試（EMS）實驗室的規(guī)劃與建設(shè)

王麗萍

（銅陵學(xué)院， 安徽 銅陵 244000）

我國電子產(chǎn)品的電磁兼容性（EMC）與世界發(fā)達國家相比有很大差距。國際上越來越多的國家強制性執(zhí)行電磁兼容標準產(chǎn)品的EMC已經(jīng)成為制約我國電子產(chǎn)品出口的一個技術(shù)壁壘，受到國內(nèi)各廠商高度重視。對于普通高校電子信息類專業(yè)來說，擁有自己的電磁兼容實驗室，開設(shè)必需的測試項目，培養(yǎng)學(xué)生的EMC理念和測試技能是非常必要的。如何建設(shè)適合高校教學(xué)的電磁兼容測試實驗室也就成為一個重要的課題。文章對實驗室EMS測試項目的設(shè)計和環(huán)境建設(shè)要求等方面進行了探討，以期能為高校加快電磁兼容實驗室的建設(shè)提供參考。

電磁抗擾度測試（EMS）；電磁兼容（EMC）；高校實驗室建設(shè)

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代光電設(shè)備出現(xiàn)在我們生活的各個角落，它們在周圍空間不斷產(chǎn)生電磁干擾，電磁污染日益嚴重。同時各類光電設(shè)備也不可避免地工作在電磁環(huán)境中，必須解決在電磁環(huán)境中的適應(yīng)能力問題。因此，電磁兼容性（EMC）作為抗電磁干擾（EMI）影響的一門新型學(xué)科，被納入電子信息、通信工程類專業(yè)課程教學(xué)之中。主要是學(xué)習(xí)和研究如何控制和消除電磁干擾，使電子系統(tǒng)與其它設(shè)備系統(tǒng)工作時，不受電磁干擾而降低系統(tǒng)的工作性能。建設(shè)適合高校教學(xué)的電磁兼容測試實驗室也就成為一個重要的課題。電磁兼容測試包括電磁干擾測試（EMI）和電磁抗擾度測試（EMS：Electromagnetic Susceptibility）。電磁抗擾度測試也稱電磁敏感度測試，是指在存在電磁騷擾的情況下，裝置、設(shè)備或系統(tǒng)不降低其運行性能的能力［1］。本文主要介紹《光電技術(shù)應(yīng)用》課程中，針對LED和照明系統(tǒng)開展的EMS測試實驗教學(xué)實驗室的測試項目設(shè)計和環(huán)境建設(shè)方案。

組建一個電磁兼容實驗室，耗資較大，一般最小規(guī)模也在200萬元以上，所以實驗室建設(shè)應(yīng)當(dāng)考慮綜合效益。其測試項目、規(guī)模和精度既要滿足教學(xué)要求，又要與地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展相適應(yīng)，滿足教師科研和為地方服務(wù)的需求。教師和工程師必須首先設(shè)計好具體的檢測實驗內(nèi)容，合理選擇經(jīng)濟、性能和精度達標的設(shè)備，依據(jù)相關(guān)國家標準，根據(jù)場地現(xiàn)實做出建設(shè)規(guī)劃。

一、EMS測試實驗項目的設(shè)計

銅陵是我國重要的電子基礎(chǔ)材料基地，有國家級電子材料產(chǎn)業(yè)園。銅陵市光電產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)形成比較完整的太陽能光伏、LED和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈。銅陵學(xué)院作為一所應(yīng)用型示范性地方高校，承擔(dān)著為地方輸送專業(yè)人才的任務(wù)，開設(shè)了《光電技術(shù)應(yīng)用》等專業(yè)課程。通過企業(yè)調(diào)研，確定了以LED和照明系統(tǒng)為測試對象建設(shè)電磁兼容實驗室，設(shè)計了經(jīng)濟實用的EMS測試實驗項目，建設(shè)了合格的實驗室環(huán)境，在支持教學(xué)同時，也為企業(yè)提供研發(fā)檢測服務(wù)。

1.靜電放電抗擾度的測試［2］

測試目的：靜電電荷積累是一種非常普遍的現(xiàn)象。當(dāng)大量的靜電電荷在極短時間積聚，會釀成嚴重事故。該測試用以評估設(shè)備遭受靜電放電時的性能。

測試依據(jù)：試驗需嚴格按照IEC61000－4－2和GB／T17626.2要求進行。

測試方法：直接接觸放電、空氣放電、耦合放電。

測試設(shè)備：標準靜電桌和靜電發(fā)生器。

測試對象：直接接觸放電針對外露金屬、空氣放電針對非金屬按鍵及縫隙。

本項目選用了杭州遠方儀器有限公司生產(chǎn)的EMS61000－2A型靜電放電發(fā)生器。這是針對靜電放電抗擾度試驗的特點和要求而專門設(shè)計的設(shè)備，適用于半導(dǎo)體大電壓±20kV；放電間隔0.050～30s；放電網(wǎng)絡(luò)150pF／330Ω。符合IEC61000－4－2和GB／T17626.2標準要求，測試等級可以滿足LED和照明產(chǎn)品的國家標準。

HBM波形參數(shù)：HBM模式下短路電流波形如圖1。

表1 放電網(wǎng)絡(luò)模型

圖1 HBM短路電流波形圖

MM波形參數(shù)：短路電流測試波形如圖2所示。

圖2 MM短路電流波形圖

IEC波形參數(shù)：圖3所示為IEC模式下的短路電流波形。

圖3 IEC短路電流波形圖

通過測試，本項目設(shè)計的測試系統(tǒng)符合IEC61000－4－2和GB／T17626.2標準要求，靜電放電抗擾測試等級可以滿足LED和照明產(chǎn)品的國家標準。

2.電快速瞬變脈沖群抗擾度測試

測試目的：為了驗證電氣和電子設(shè)備對諸如來自瞬態(tài)切換過程（切斷感性負載、繼電器觸點彈跳等）中產(chǎn)生的瞬變騷擾的抗擾度。

測試依據(jù)：試驗需嚴格按照IEC61000－4－4和GB／T17626.4要求，測試等級根據(jù)具體的產(chǎn)品標準。

測試對象：被試設(shè)備電源端口、保護接地、信號和控制端口。

測試方法：試驗時將模擬脈沖通過耦合／去耦網(wǎng)絡(luò)疊加在電源端口，或通過電容耦合夾將脈沖疊加在信號和控制端口。

電快速瞬變脈沖群由成群出現(xiàn)的窄脈沖組成，具備高幅值（kV級）、上升沿陡峭（ns級）、高重復(fù)率（kHz～MHz）、短持續(xù)時間（35～150ns）和低能量特點。我們選用的EMS61000－4A智能型群脈沖發(fā)生器是用于模擬切換瞬態(tài)過程（切斷感性負載、繼電器彈跳等）產(chǎn)生的高速重復(fù)的高頻噪聲，進入電源線的線路噪聲和信號線的感應(yīng)噪聲。用于電子產(chǎn)品的群脈沖抗擾度性能評價?？梢詼y試的技術(shù)指標有試驗電壓峰值：4.8kV；試驗頻率：0.1－1000kHz；上升時間：5ns±3%；每個脈沖個數(shù)：1－255；群脈沖周期20ms－99999ms。

3.浪涌（沖擊）抗擾度測試

測試目的：浪涌現(xiàn)象在電力電子線路中非常常見，比如在電力系統(tǒng)開關(guān)瞬態(tài)、雷電瞬態(tài)（間接雷）等狀況下，電壓和電流會發(fā)生迅速變化，并耦合到內(nèi)部電力電子線路中，形成過電壓、過電流。導(dǎo)致電子設(shè)備功能降低、運行出錯甚至損毀等嚴重后果。該試驗用于評定設(shè)備抗浪涌的能力。

測試設(shè)備：雷擊浪涌耦合／去耦網(wǎng)絡(luò)與雷擊浪涌發(fā)生器配合使用。

測試依據(jù)：依據(jù)IEC61000－4－5、GB17626.5標準要求嚴格評定被試設(shè)備的浪涌抗擾度性能。

測試對象：設(shè)備的電源端口和信號端口。

浪涌（沖擊）抗擾度測試可以為評定電子設(shè)備的電源線、輸入／輸出線、通信線浪涌抗擾度性能提供一個準確、理想的依據(jù)。我們選用的是EMS61000－5A型智能型雷擊浪涌發(fā)生器。該儀器采用240×64 LCD顯示、程控升壓；內(nèi)置單相耦合／去耦網(wǎng)絡(luò)，浪涌極性、耦合路徑的切換均采用程控設(shè)計；內(nèi)置電壓及電流差分探頭、具有浪涌電壓、電流峰值測量功能；外配標準感應(yīng)線圈可進行脈沖磁場測試試驗。主要技術(shù)參數(shù)：電壓峰值：7kV（10kV、15kV可選）；輸出波形：電壓波1.2／50μs、電流波8／20μs；輸出極性：正／負／交替；觸發(fā)模式：同步／異步；測試次數(shù)：1－9999；測試間隔：10s－9999s。

在實際測試中發(fā)現(xiàn)，該儀器內(nèi)置耦合去耦網(wǎng)絡(luò)與試品供電網(wǎng)絡(luò)（50Hz／60Hz）相連時，無論有無接被測設(shè)備，流經(jīng)L相的電流不等于流經(jīng)N相的電流，地線中會流經(jīng)數(shù)安培的電流，因此會造成有安裝漏電保護器的回路跳閘，應(yīng)采取相應(yīng)措施。

4.電壓跌落抗擾度測試

測試目的：當(dāng)電網(wǎng)、電力設(shè)施故障或負荷突然出現(xiàn)大的變化，會導(dǎo)致低壓電網(wǎng)出現(xiàn)電壓暫降、短時中斷、電壓變化等現(xiàn)象，可能引發(fā)電子設(shè)備故障。為了確保設(shè)備運行可靠，評定被試設(shè)備電壓跌落抗擾度性能。

測試依據(jù)：本試驗依據(jù)IEC61000－4－11和GB／T17626－11等標準要求；

測試對象：設(shè)備電源端口；

測試設(shè)備：電壓跌落發(fā)生器；

測試方法：將電壓跌落模擬信號輸入至被測設(shè)備電源端口。

我們使用的是EMS61000－11K智能型周波跌落發(fā)生器。電壓跌落范圍：0%－120%；試驗?zāi)Ｊ剑弘妷簳航?、短時中斷及電壓變化；重復(fù)時間：0ms～99999ms；跌落時間：1ms～9999ms；測試次數(shù)：1～99999次；試品容量：90V～230V，16Amax，47Hz～63Hz。

二、實驗室環(huán)境建設(shè)

一般來說，電磁干擾包括傳導(dǎo)型（低頻）EMI、輻射型（高頻）EMI、靜電放電（EsD）或雷電引起的EMI。

1.電源的建設(shè)

建成EMC實驗室的房間必須潔凈，沒有無關(guān)物品，完全專用于EMC測量。只要條件許可，需要一個由金屬制成并可靠連接大地的地參考平面。如果條件不允許（如房間不在第一層），至少應(yīng)該接上良好的保護地系統(tǒng)。實驗室內(nèi)所有金屬物體必須可靠接地或予以清除。電源系統(tǒng)必須“凈化”（在電源進入EMC實驗室之前的某處正確接入線路濾波器）。

2.屏蔽室的建設(shè)

屏蔽室用于隔離室內(nèi)和室外的電磁環(huán)境，既可防止外部電磁干擾進入室內(nèi)，影響被試設(shè)備的測試，同時又可限制室內(nèi)大功率高頻設(shè)備的電磁泄漏。

半電波暗室：電波暗室除地面為金屬反射面外，其余面均貼有吸波材料，可模擬開闊場地的測試條件。電波暗室相對于開闊場而言，它不受氣候條件的限制和背景噪聲的影響，作為電磁干擾的替換測試場地得到廣泛應(yīng)用。

三、結(jié)束語

本文以LED和照明系統(tǒng)為主要測試對象介紹了一種EMS實驗室的項目設(shè)計和環(huán)境建設(shè)，一般教學(xué)需求完全可以滿足。經(jīng)過實際比對，實驗室測試誤差小于12%，同國家專業(yè)級EMC實驗室相比，其精度等級還達不到要求。主要是暗室環(huán)境沒有完全達標，應(yīng)該在基本建設(shè)階段就同步規(guī)劃電磁兼容測試實驗環(huán)境建設(shè)，這樣精度會進一步提高。

我國電子產(chǎn)品的電磁兼容性與世界發(fā)達國家相比還具有很大的差距。隨著國際上越來越多國家強制性執(zhí)行電磁兼容標準，尤其是歐美經(jīng)濟發(fā)達國家，產(chǎn)品的EMC已經(jīng)成為制約我國電子產(chǎn)品出口的一個技術(shù)壁壘。同樣的問題也日益受到國內(nèi)各個廠商的重視。作為普通高校電子信息類專業(yè)來說，擁有自己的電磁兼容實驗室，開設(shè)必需的測試項目，培養(yǎng)學(xué)生的EMC理念和測試技能，是非常必要的。

［1］葛欣宏.光電系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計技術(shù)研究［M］.長春：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所，2011.

［2］EMS系列設(shè)備手冊［M］.杭州：杭州遠方光電信息有限公司，2012.

Planning and Construction of College Electromagnetic Susceptibility（EMS）Testing Laboratory

Wang Li－ping
（Tongling University，Anhui Tongling 244000，China）

Along with the enforcement of Electromagnetic Compatibility（EMC）standards，Electromagnetic Susceptibility（EMS）performance testing are highly valued by the manufacturers，the universities and the research institutes.EMC performance test laboratory for teaching in universities has become an important issue.In this paper，We discuss the design and construction of EMS performance test projects and environment projects.We hope to provide reference for university accelerate EMC Laboratory.

EMS；EMC；labs in universities

TN98；TM937.3

A

1672-0547（2015）03-0096-03

2015－04－17

王麗萍（1965－），女，安徽南陵人，銅陵學(xué)院副教授，研究方向：光電技術(shù)、信息處理。