cISPR25中傳導(dǎo)發(fā)射（電壓法）測(cè)試線束的影響

鄭萌，邵華東，李百豐，方毅杰，張嘉華

（威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司, 廣州 510663）

引言

從地球表面到人造衛(wèi)星活動(dòng)的近千米空間內(nèi)處處存在著電磁波，電和磁無時(shí)無刻不在影響著人們的生活及生產(chǎn)，電磁能的廣泛應(yīng)用，使工業(yè)技術(shù)的發(fā)展日新月異。

電磁兼容性（EMc）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMc包括兩個(gè)方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值；另一方面是指器具對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。

電磁干擾的傳播途徑可分為兩種：傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。沿著導(dǎo)體傳播的干擾稱為傳導(dǎo)干擾，其傳播方式有電耦合、磁耦合和電磁耦合。通過空間以電磁波形式傳播的電磁干擾稱為輻射干擾，其傳播方式有近區(qū)場(chǎng)感應(yīng)耦合和遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)輻射耦臺(tái)。此外，傳導(dǎo)干擾與輻射干擾還可能同時(shí)存在，從而形成復(fù)合干擾。

一般來說，EMc就是很多種電氣和電子設(shè)備在同一個(gè)復(fù)雜的電磁環(huán)境中共存，按照一定的限值來滿足產(chǎn)品所要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)要求的一種工作能力，實(shí)現(xiàn)“兼容”的狀態(tài)[1]。

1 傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試

傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試，只要有電源線的產(chǎn)品都會(huì)涉及到，信號(hào)/控制線也有傳導(dǎo)發(fā)射的要求。主要的測(cè)試設(shè)備有測(cè)量接收機(jī)，人工電源網(wǎng)絡(luò)，電壓探頭。接收機(jī)是電磁兼容性測(cè)試中應(yīng)用最廣、最進(jìn)本的測(cè)量儀器。人工電源網(wǎng)絡(luò)可以隔離電源干擾，提供穩(wěn)定的測(cè)試阻抗，并起到濾波的作用。如果被測(cè)設(shè)備電流較大，沒有合適的人工電源網(wǎng)絡(luò)可以用，也可直接用電壓探頭來測(cè)量電源端的騷擾電壓。

傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試被測(cè)設(shè)備工作時(shí)通過電源線、信號(hào)線向外發(fā)射的干擾信號(hào)，測(cè)試這些能量是否超過標(biāo)準(zhǔn)要求的界限值，從而保證其他設(shè)備免受干擾。cISPR25中分為class1～class5一共5個(gè)等級(jí)，其中class5的要求最嚴(yán)格，一般汽車行業(yè)會(huì)選擇class3到class5。按照接收機(jī)測(cè)試得到的頻譜是否低于標(biāo)準(zhǔn)要求的限值，來判斷測(cè)試是否通過。cISPR25規(guī)定了峰值、準(zhǔn)峰值、平均值限值，按照標(biāo)準(zhǔn)要求，峰值和平均值低于限值，或者準(zhǔn)峰值+平均值低于限值即可判定通過。由于準(zhǔn)峰值的測(cè)試時(shí)間長，一般按照峰值和平均值檢波器來測(cè)試。

圖1中人工電源網(wǎng)絡(luò)由電感、電容組成濾波器，防止射頻干擾信號(hào)從供電電源傳導(dǎo)到被測(cè)設(shè)備，同時(shí)，也防止被測(cè)設(shè)備的干擾信號(hào)進(jìn)入供電電源，從而起到隔離作用。并且僅將被測(cè)設(shè)備的干擾電壓耦合到測(cè)量接收機(jī)的輸入端。當(dāng)端接EMI接收機(jī)時(shí)，儀器內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)阻抗為50 Ω，50 Ω電阻上的電壓為傳導(dǎo)發(fā)射電壓[2]。

2 標(biāo)準(zhǔn)中的測(cè)試方法

標(biāo)準(zhǔn)cISPR25:2016規(guī)定了汽車零部件傳導(dǎo)發(fā)射-電壓法測(cè)試遠(yuǎn)端接地和近端接地布置。被測(cè)件遠(yuǎn)端接地，指車輛電源回線大于200 mm，每一條線（電源正極線和電源回線）都應(yīng)相對(duì)于參考接地平面進(jìn)行電壓測(cè)量，如圖2所示；近端接地，指車輛電源回線小于或等于200 mm，電源正極線應(yīng)相對(duì)于參考接地平面進(jìn)行電壓測(cè)量。被測(cè)件放置在非導(dǎo)電、低相對(duì)介電常數(shù)（εr≤ 1.4）材料上，距參考接地平面上方50±5 mm的位置。人工網(wǎng)絡(luò)連接器與被測(cè)件連接器之間的電源線長度應(yīng)為為20～40 cm；對(duì)于12 V電氣系統(tǒng)，直流供電電源電壓為12～14 V；對(duì)于24 V電氣系統(tǒng)，直流供電電源電壓為24～28 V。電源線傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量通過連接測(cè)量設(shè)備和相應(yīng)的人工網(wǎng)絡(luò)測(cè)量端口依次對(duì)電源正極線和電源回線進(jìn)行測(cè)量，未被測(cè)量電源線對(duì)應(yīng)的人工網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量端口端接50 Ω負(fù)載。

圖2 傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試-電壓法-遠(yuǎn)端接地-布置示意圖

3 線束的衰減測(cè)試

線束傳輸電磁能量，發(fā)生衰減必不可免。我們選取的線束原材料包含內(nèi)導(dǎo)體（多股細(xì)銅線）、外包的絕緣材料（PVc）。導(dǎo)體衰減所占的比例遠(yuǎn)大于絕緣材質(zhì)所占的比例。由于趨膚效應(yīng)，電信號(hào)主要集中在導(dǎo)體的外表面?zhèn)鞑?，若?dǎo)體出現(xiàn)氧化，線束的衰減也會(huì)增加。由于線束本身的結(jié)構(gòu)及特性阻抗不均勻性，電壓駐波比也必然存在，傳輸于線束中的能量，一部分被反射，返回到發(fā)射端，造成傳輸信號(hào)的能量損失。

標(biāo)準(zhǔn)cISPR25:2016及GB/T 18655-2018描述的是采用的電源線長度為200～400 mm。電源線在低頻下呈電阻特性，高頻下呈感性及阻性，正負(fù)極之間呈容性。分析電源的阻抗及插入損耗特性，測(cè)試線束的高頻等效模型如圖3所示。

圖3 線束高頻等效模型

通過分布參數(shù)分析為：L1為正極線束的等效電感，RS1為正極線束的等效電阻，L2為負(fù)極線束的等效電感，RS2為負(fù)極線束的等效電阻，cp為正負(fù)線束之間的等效電容。感抗XL=2πfL，頻率越高，感抗越大。容抗Xc=1/(2πfc)，頻率越高，電容的阻礙作用越小。電阻R=ρl/S，隨著線束長度增加，電阻增大。

我們選取三種不同長度的線束，20 cm、30 cm、40 cm，使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行線束的衰減測(cè)試，布置如圖4，分別測(cè)試線束插入損耗。測(cè)試頻率范圍為10 kHz～108 MHz，得出的結(jié)果如圖5和表1所示。

圖4 測(cè)試線束插入損耗

從圖5和表1中數(shù)據(jù)分析，在10 MHz以內(nèi)，20 cm、30 cm、40 cm線束的插入損耗基本一致，10 MHz以上，差異逐步變大，在108 MHz，20 cm與40 cm的插入損耗差異達(dá)到3.51 dB。

表1 插入損耗(dB)

圖5 不同長度線束插入損耗

4 梳狀信號(hào)發(fā)生器

采用梳狀信號(hào)發(fā)生器，能作為每次測(cè)試前的快速校驗(yàn)，從而發(fā)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)中存在的問題，確保每次測(cè)試結(jié)果是正確的和可信的。梳狀信號(hào)發(fā)生器作為穩(wěn)定、即插即用的參考源，可以快速有效地驗(yàn)證測(cè)試系統(tǒng)，保證測(cè)量結(jié)果的可重復(fù)性。梳狀信號(hào)發(fā)生器為模擬發(fā)生器，利用階躍恢復(fù)二極管的非線性電抗特性或者雙極性晶體管的非線性電阻特性，實(shí)現(xiàn)一定周期的脈沖信號(hào)輸出[3]。

我們使用梳狀信號(hào)發(fā)生器，進(jìn)行20、30、40 cm不線束進(jìn)行測(cè)試，表3為主要頻點(diǎn)測(cè)試結(jié)果。通過結(jié)果分析，不同長度的線束，插入損耗有差異，等效阻抗不同，樣品實(shí)際測(cè)試結(jié)果也會(huì)偏差。

表3 不同長度線束測(cè)試結(jié)果

6 結(jié)束語

文中分析和研究了不同長度測(cè)試線束條件下，傳導(dǎo)發(fā)射-電壓法的測(cè)試，并在實(shí)驗(yàn)室中繼續(xù)了測(cè)試與驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)結(jié)果差異確實(shí)存在，這也增加了傳導(dǎo)發(fā)射-電壓法同長度線束的PK值測(cè)試，主要頻點(diǎn)結(jié)果如表2所示。20 cm的結(jié)果PK值隨著頻率的逐步減小，30 cm的結(jié)果PK值在98 MHz附近有一個(gè)拐點(diǎn)，40 cm的結(jié)果PK值在83 MHz附件有一個(gè)拐點(diǎn)。出現(xiàn)拐點(diǎn)的主要原因是線束長度引起的等效阻抗不同，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不同。

表2 測(cè)試PK值 ( dBuV )

5 車燈的電壓法測(cè)試

車燈作為車輛典型電氣電子設(shè)備，既是車輛夜間行駛在道路照明的工具，也是發(fā)出各種車輛行駛信號(hào)的提示工具。隨著LED成為車燈的光源，車燈的功能變得越來越豐富，電子驅(qū)動(dòng)及控制電路也越來越復(fù)雜，LED車燈的驅(qū)動(dòng)及控制部分都會(huì)造成電磁兼容問題。汽車燈具的驅(qū)動(dòng)的控制部分一般有以下幾種類型：電阻限流驅(qū)動(dòng)、線性恒流驅(qū)動(dòng)、開關(guān)電源恒流驅(qū)動(dòng)、電機(jī)控制模塊以及一些包含微處理器的控制器。其中控制包含有源器件，如運(yùn)放、集成芯片，一般需要測(cè)試傳導(dǎo)發(fā)射、輻射發(fā)射、傳導(dǎo)抗干擾、輻射抗干擾、靜電放電抗干擾等測(cè)試[4]。

為了驗(yàn)證具體樣品的線束長度的影響，使用一款LED車燈樣品進(jìn)行驗(yàn)證，分別使用20、30、40 cm長度測(cè)試的不確定度。cISPR25標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于線束長度給出了范圍值，當(dāng)不同長度線束測(cè)試結(jié)果差異較大時(shí)，如何進(jìn)行判定，是需要繼續(xù)研究探討的問題。