CISPR 14-1 中關(guān)于騷擾電壓試驗?zāi)M手應(yīng)用的研究

申梓康，賴金泉，陳鈞，賴明宇，曾博，劉國榮

（威凱檢測技術(shù)有限公司，廣州 510663）

引言

目前，對于國內(nèi)家電電磁兼容的發(fā)射測試，現(xiàn)行的標準是GB 4343.1-2018（等同CISPR 14-1:2011），而CISPR 14-1 在國際上現(xiàn)行的是2020 版本。其中，對于不接地的手持式器具的測試，為了模擬使用者手對受試設(shè)備（產(chǎn)品）發(fā)射的無線電騷擾的影響，騷擾電壓測試需要在施加和不施加模擬手兩種狀態(tài)下進行。應(yīng)用模擬手的設(shè)備有很多，包括電鉆、電錘、電鋸等手持電動工具，還包括電吹風、電發(fā)夾、美容儀等小家電。然而，國內(nèi)仍對模擬手的施加方法存在爭議，特別是對于電吹風等產(chǎn)品時，是否需要包裹除手柄外的其他地方各說法不一，騷擾電壓抽檢結(jié)果判定偶爾出現(xiàn)較大差異。因此，有必要進一步研究模擬手的施加方法對生產(chǎn)商、檢測機構(gòu)的影響，并對其應(yīng)用進行規(guī)范。

1 對標準的分析

1.1 新版與舊版標準的差異

筆者對比現(xiàn)行有效CISPR 14-1:2011 標準和CISPR 14-1:2020 標準中關(guān)于騷擾電壓“使用模擬手的一般原則”，總結(jié)其在新舊標準中的相關(guān)定義上的差異，如表1 所示。

表1 模擬手在標準中相關(guān)定義的要求

1.2 標準差異研究

通過以上的對比分析可以看出：

1）“表面覆蓋涂料或油漆的金屬件被認為是裸露金屬件，應(yīng)直接與M端相連”在新版標準中單獨成一子條款，且對模擬手的定義有了一定的修改，含義沒有發(fā)生實質(zhì)性的變化，邏輯更清晰；

2）對于運行時不接地的手持設(shè)備，舊版標準需要分別不使用和使用模擬手共進行兩次騷擾電壓測試，而新版標準取消了不使用模擬手進行測試，改為只考慮使用模擬手的情況或在測試期間有需要用人手握住EUT，則不應(yīng)使用模擬手，更符合實際使用情況；

3）對于“一般原則”的定義，新版標準修改成只剩下“用金屬箔包裹器具所附帶的所有手柄”，M 端連接的情況作為附加的條件另起一句分出來講，避免了舊版標準說法的混亂造成歧義的發(fā)生，導(dǎo)致測試員理解錯誤降低實驗的復(fù)現(xiàn)性；

4）新版標準要求更明確地體現(xiàn)了無論有無制造商的說明，都需要按更細的子條款來對金屬箔的包裹部位做出更詳細的規(guī)定，使得測試要求與元件的無線電騷擾的考核更加細致嚴謹。

下面通過導(dǎo)圖的形式對新舊標準有關(guān)模擬手的應(yīng)用方法進行詳細的解釋，舊版標準的總結(jié)見圖1，新版標準的總結(jié)見圖2。

圖1 模擬手的應(yīng)用方法總結(jié)（舊版標準）

圖2 模擬手的應(yīng)用方法總結(jié)（新版標準）

由此可見，新版標準將M 端的連接情況作為通用條件，無論使用說明是否有規(guī)定握持部分，M 端都應(yīng)該根據(jù)不同外殼的情況進行不同的連接，此規(guī)定的說法更容易懂且不會引發(fā)歧義。盡管舊版標準理應(yīng)也是本意，但是邏輯比較混亂，容易引起“如果有制造商的說明，模擬手不應(yīng)按下述應(yīng)用”的爭議。

2 模擬手的應(yīng)用規(guī)范

2.1 模擬手的施加要點

新舊標準對模擬手的應(yīng)用，都是遵循模擬使用者手對EUT 發(fā)射的無線電騷擾的影響的目的，其標準差異僅對于內(nèi)容的定義，而測試方法并無發(fā)生實質(zhì)的改變。下面對CISPR 14-1 模擬手的施加要點進行匯總，如表2 所示，以便讀者更好地理解。

表2 模擬手的施加要點

2.2 施加模擬手的不同實例

筆者根據(jù)調(diào)研市面上的各品牌電吹風，發(fā)現(xiàn)基本上都是外殼為絕緣材料的，認為標準條款中“ EUT 使用說明中規(guī)定的那些部分”規(guī)定了可能不止手柄和把手的金屬箔包裹部位，即使用過程中可能用手握持或者長時觸碰的部位。所以可分為以下兩種情況討論：

1）若說明書提供此類信息，如圖3 所示電吹風。

圖3 電吹風

其說明書中具有如圖4 所示說明。

圖4 說明書中的說明

則金屬箔包裹手柄、nanoe 感應(yīng)板、以及殼體（電機定子鐵芯處）。

2）若沒有說明書或者說明書沒有提供此類信息，應(yīng)按不同類型的電吹風對手柄或外殼進行不同情況的包裹：

①電機在手柄上，如圖5 所示，則金屬箔包裹手柄的同時已經(jīng)包裹殼體（電機定子鐵芯處）；

圖5 電機在手柄上的電吹風

②電機不在手柄上，如圖6 所示，則金屬箔包裹手柄以及殼體（電機定子鐵芯處）。

圖6 電機不在手柄上的電吹風

其實物圖接法如圖7。

圖7 實物圖接法

3 模擬手包裹部位不同試驗結(jié)果及分析

3.1 實例驗證

為了驗證模擬手包裹電吹風不同部位對電磁騷擾測試結(jié)果的影響，通過電機不在手柄上的某品牌電吹風的騷擾電壓試驗，對比實驗結(jié)果數(shù)據(jù)如下。

實驗①：不使用模擬手，其實際布置及結(jié)果如圖8；

圖8 不使用模擬手，實際布置及結(jié)果

實驗②：金屬箔包裹手柄，其實際布置及結(jié)果如圖9；

圖9 金屬箔包裹手柄，實際布置及結(jié)果

實驗③：金屬箔包裹手柄及殼體（非電機處），其實際布置及結(jié)果如圖10。

圖10 金屬箔包裹手柄及殼體（非電機處），實際布置及結(jié)果

實驗④：金屬箔包裹手柄及殼體（電機處，電機被部分包裹），其實際布置及結(jié)果如圖11。

圖11 金屬箔包裹手柄及殼體（電機處，電機被部分包裹），其實際布置及結(jié)果

實驗⑤：金屬箔包裹手柄及殼體（電機處，電機被完全包裹），其實際布置及結(jié)果如圖12。

圖12 金屬箔包裹手柄及殼體（電機處，電機被完全包裹），實際布置及結(jié)果

實驗⑥：金屬箔完全包裹手柄（包括手柄偏上方靠近進風口的位置）及殼體（電機處，電機被完全包裹），其實際布置及結(jié)果如圖13。

圖13 金屬箔完全包裹手柄（包括手柄偏上方靠近進風口的位置）及殼體（電機處，電機被完全包裹），實際布置及結(jié)果

由圖8 ～圖12 可見，在（0.15 ～30）MHz 頻段內(nèi)，手柄位置接金屬箔后，會比不施加模擬手的電磁干擾高出（1 ～2）dB，而隨著金屬箔的包裹部位越來越靠近電機，整體電磁干擾波形明顯上升，即所測得的電磁干擾越來越強，在某些頻點甚至超過了標準規(guī)定的限值，導(dǎo)致結(jié)果不合格。

此外，由圖12 和圖13 對比，圖13 的包裹情況比圖12 僅增加了對手柄的偏上方位置，其波形曲線趨勢大致相同，而且在突出頻率點所測數(shù)據(jù)值相差在0.5 dB 以內(nèi)，在不確定度允許的范圍內(nèi)，所以該位置對于電磁干擾測量結(jié)果影響不大。

在EMC 測試中，通常用裕量（測量值與限值的差距）來衡量電磁干擾的大小，裕量越大表示電磁干擾越小，越理想。而騷擾電壓測試中，終測量會用到準峰值檢波器及平均值檢波器，其測得數(shù)據(jù)用作最終報告數(shù)據(jù)，于是筆者將該兩個檢波器所測數(shù)據(jù)進行匯總統(tǒng)計，整理如圖14、圖15。

圖14 較突出頻率點的QP 準峰值裕量變化

圖15 較突出頻率點的AV 平均值裕量變化

由圖14、圖15 可見，對于這些比較突出的頻率點，隨著頻率的增加，施加模擬手的裕量均比不施加模擬手的裕量要小，模擬手施加在外殼（電機鐵芯處）測得的裕量都要比施加在手柄上要小，且裕量變化得更快。換言之，如果只考慮手柄的金屬箔包裹情況，結(jié)果可以判定合格，而且裕量還有很多，一旦考慮了電機處的金屬箔包裹情況，結(jié)果就可能判定為不合格。因此，在實際測試中，要嚴格規(guī)范對模擬手金屬箔的包裹部位，不能忽略對電機處的包裹，落實標準條款的要求。

3.2 理論分析

電機定子鐵芯和轉(zhuǎn)子的開槽設(shè)計和線圈上的磁路設(shè)計比較飽和，如圖16，會產(chǎn)生較大的工頻諧波成分，形成電磁騷擾，有無接地（人工電源的模擬手實際接參考地）會對是否具有濾波電容的產(chǎn)品有不同程度的影響。根據(jù)電磁波的傳播規(guī)律，接了參考地的模擬手接收到電吹風等不接地的手持式器具產(chǎn)生的電磁騷擾，此時器具整體的容抗及分布電容發(fā)生變化，通過有線信道感應(yīng)到電源線，形成傳導(dǎo)騷擾。

圖16 某電吹風內(nèi)部電機部分

4 結(jié)論

騷擾電壓試驗時，對于通常不接地的手持式器具，尤其是電吹風、電發(fā)夾、美容儀等小家電，需要施加模擬手進行測試，且金屬箔要嚴格完整包裹手柄、殼體（電機定子鐵芯處）以及產(chǎn)品新功能中人手可能觸及的部位。

對消費者來說，標準換版更新后的說法有了更清楚的規(guī)范，更加放心選購產(chǎn)品。

對生產(chǎn)商來說，檢測要求變得更加嚴格后，對產(chǎn)品的生產(chǎn)制造成本就提高了，因為要想在更嚴酷的狀態(tài)下通過發(fā)射測試，必須要增加電磁干擾抑制措施，這就要求制造商及時了解標準新的要求，行業(yè)新動態(tài)，新的產(chǎn)品，才能引導(dǎo)行業(yè)發(fā)展，把產(chǎn)品做好。

對檢測機構(gòu)來說，標準越規(guī)范，條款越清晰，有利于防止各方對產(chǎn)品的判定方法不同而引起檢測結(jié)果的差異，提高測試的復(fù)現(xiàn)性。

對于需要接模擬手檢測騷擾電壓的器具，可能由于其與地形成通路，帶來共模騷擾，導(dǎo)致試驗結(jié)果不合格，其次，器具不同部位上的電氣連接也可能對結(jié)果產(chǎn)生影響。在特殊情況下，可能只包裹手柄結(jié)果合格，一旦連同電機鐵芯處也包裹，則不合格。所以，對騷擾電壓試驗中模擬手的應(yīng)用進行規(guī)范很有必要，依據(jù)委托、自檢、認證從嚴的原則，建議利益相關(guān)方對手持式器具電機對應(yīng)外殼部位、手柄、及產(chǎn)品說明書明示需握持的部位進行金屬箔全包裹，再進行騷擾電壓測試。