电磁兼容试验

范文一:电磁兼容仿真试验报告

目录

第一部分 项目意义与目标

 电磁兼容的简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

 在电子设计当中的EMI与EMC„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

 PCB开发技术中的电磁兼容性„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

 电路板整体布局及器件布置„„„„„„„„„„„„„„„„„4

 地线技术„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

 去耦、滤波、隔离三大技术„„„„„„„„„„„„„„„„„5 第二部分 项目内容

 项目内容„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

 项目要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 第三部分 项目设计与仿真

 项目介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

 项目仿真„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

 项目的PCB制作„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

 项目中的EMI以及EMC分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 第四部分 总结

第五部分 附件

 进度表„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13

 仿真程序„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14

第一部分 项目意义与目标

电磁兼容的说明:

(一)电磁兼容的简介:

电磁兼容性(EMC, Electromagnetic Compatibility)是指电子设备在各种电磁环境中仍能够协调、有效地进行工作的能力。电磁兼容性设计的目的是使电子设备既能抑制各种外来的干扰,使电子设备在特定的电磁环境中能够正常工作,同时又能减少电子设备本身对其它电子设备的电磁干扰。电磁兼容技术是一门迅速发展的交叉学科,涉及电子、计算机、通信、航空航天、铁路交通、电力、军事以至人民生活各个方面。在当今信息社会,随着电子技术、计算机技术的发展,一个系统中采用的电气及电子设备数量大大增加,而且电子设备的频带日益加宽,功率逐渐增大,灵敏度提高,联接各种设备的电缆网络也越来越复杂,因此,电磁兼容问题日显重要。

电力系统中,在电网容量增大、输电电压增高的同时,以计算机和微处理器为基础的继电保护、电网控制、通信设备得到广泛采用。因此,电力系统电磁兼容问题也变得十分突出。例如,集继电保护、通信、SCADA功能于一体的变电站综合自动化设备,通常安装在变电站高压设备的附近,该设备能正常工作的先决条件就是它能够承受变电站中在正常操作或事故情况下产生的极强的电磁干扰。此外,由于现代的高压开关常常与电子控制和保护设备集成于一体,因此,对这种强电与弱电设备组合的设备不仅需要进行高电压、大电流的试验,同时还要通过电磁兼容的试验。GIS的隔离开关操作时,可以产生频率高达数兆赫的快速暂态电压。这种快速暂态过电压不仅会危及变压器等设备的绝缘,而且会通过接地网向外传播,干扰变电站继电保护、控制设备的正常工作。随着电力系统自动化水平的提高,电磁兼容技术的重要性日益显现出来。

(二)在电子设计当中的EMI与EMC

EMI(Electro Magnetic Interference)直译是"电磁干扰"。这是合成词,我们应该分别考虑"电磁"和"干扰"。所谓"干扰",指设备受到干扰后性能降低以及对设备产生干扰的干扰源这二层意思。第一层意思如雷电使收音机产生杂音,摩托车在附近行驶后电视画面出现雪花,拿起电话后听到无线电声音等,这些可以简称其为与"BC I""TV I""Tel I",这些缩写中都有相同的"I"(干扰)(BC:广播)那么EMI标准和EMI检测是EMI的哪部分呢?理所当然是第二层含义,即干扰源,也包括受到干扰之前的电磁能量。其次是"电磁"。电荷如果静止,称为静电。当不同的电位向一致移动时,便发生了静电放电,产生电流,电流周围产生磁场。如果电流的方向和大小持续不断变化就产生了电磁波。电以各种状态存在,我们把这些所有状态统称为电磁。所以EMI标准和EMI检测是确定所处理的电的状态,决定如何检测,如何评价。

EMC(Electro Magnetic Compatibility)直译是"电磁兼容性"。意指设备所产生的电磁能量既不对其它设备产生干扰,也不受其他设备的电磁能量干扰的能力。EMC这个术语有其非常广的含义。如同盲人摸象,你摸到的与实际还有很大区别。特别是与设计意图相反的电磁现象,都应看成是EMC问题。

电磁能量的检测、抗电磁干扰性试验、检测结果的统计处理、电磁能量辐射抑制技术、雷电和地磁等自然电磁现象、电场磁场对人体的影响、电场强度的国际标准、电磁能量的传输途径、相关标准及限制等均包含在EMC之内。

(三)PCB开发技术中的电磁的兼容性

印刷电路板设计中的电磁兼容性涉及多方面因数,以下主要从三大部分加以阐述,具体选择要综合各方面因数。

一、 电路板整体布局及器件布置

1.一个产品的成功与否,一是要注重内在质量,二是兼顾整体的美观,两者都较完美才能认为该产品是成功的;在一个PCB板上,元件的布局要求要均衡,疏密有序,不能头重脚轻或一头沉,过孔要尽量少;电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3:2或4:3;4 层板比双面板噪声低20dB.6层板比4层板噪声低10dB.经济条件允许时尽量用多层板。

2.电路板一般分模拟电路区(怕干扰),数字电路区(怕干扰、又产生干扰),功率驱动区(干扰源),故步板时要合理地分成三区。

3.器件一般选择功耗低,稳定性好的器件,而且尽量少用高速器件。

4.线条有讲究:有条件做宽的线决不做细;高压及高频线应园滑,不得有尖锐的倒角,拐弯也不得采用直角。地线应尽量宽,最好使用大面积敷铜,这对接地点问题有相当大的改善。

5.外时钟是高频的噪声源,除能引起对本应用系统的干扰之外,还可能产生对外界的干扰,使电磁兼容检测不能达标。

6.布线要有合理的走向:如输入/输出,交流/直流,强/弱信号,高频/低频,高压/低压等„„它们的走向应该是呈线形的(或分离),不得相互交融。其目的是防止相互干扰。最好的走向是按直线,但一般不易实现,最不利的走向是环形。对于是直流,小信号,低电压PCB设计的要求可以低些。所以“合理”是相对的。上下层之间走线的方向基本垂直。整个板子的不想要均匀,能不挤的不要挤在一齐。

7.在器件布置方面与其它逻辑电路一样,应把相互有关的器件尽量放得靠近些,这样可以获得较好的抗噪声效果。时钟发生器、晶振和CPU的时钟输入端都易产生噪声,要相互靠近些,特别是晶振下方不要走信号线。易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路等应尽量远离逻辑电路,如有可能,应另做电路板,这一点十分重要。

二、 地线技术

1.模拟电路和数字电路在元件布局图的设计和布线方法上有许多相同和不同之处。模拟电路中,由于放大器的存在,由布线产生的极小噪声电压,都会引起输出信号的严重失真,在数字电路中,TTL噪声容限为0.4V~0.6V,CMOS噪声容限为Vcc的0.3~0.45倍,故数字电路具有较强的抗干扰的能力。良好的电源和地总线方式的合理选择是仪器可靠工作的重

要保证,相当多的干扰源是通过电源和地总线产生的,其中地线引起的噪声干扰最大。

2.数字地与模拟地分开(或一点接地),地线加宽,要根据电流决定线宽,一般来说越粗越好(100mil线经约通过1到2A的电流)。地线>电源线>信号线是线宽的合理选择。

3.电源线和地线尽可能靠近,整块印刷板上的电源与地要呈“井”字形分布,以便使分布线电流达到均衡。

4.为减少线间串扰,必要时可增加印刷线条间距离,在其安插一些零伏线作为线间隔离。特别是输入输出信号间。

三、 去耦、滤波、隔离三大技术

1.去耦、滤波、隔离是硬件抗干扰常用的三大措施。

2.电源输入端跨接10~100uf的电解电容器。如有可能,接100uF以上的更好;原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF的瓷片电容,如遇印制板空隙不够,可每4~8个芯片布置一个1~10pF的但电容;对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件,如RAM、ROM存储器件,应在芯片的电源线和地线之间直接接入退藕电容;

3.滤波指各类信号按频率特性分类并控制它们的方向。常用的有各种低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器。低通滤波器用在接入的交流电源线上,旨在让50周的交流电顺利通过,将其它高频噪声导入大地。低通滤波器的配置指标是插入损耗,选择的低通滤波器插入损耗过低起不到抑制噪声的作用,而过高的插入损耗会导致“漏电”,影响系统的人身安全性。高通、带通滤波器则应根据系统中对信号的处理要求选择使用。

4.典型的信号隔离是光电隔离。使用光电隔离器件将单片机的输入输出隔离开,一方面使干扰信号不得进入单片机系统,另一方面单片机系统本身的噪声也不会以传导的方式传播出去。屏蔽则是用来隔离空间辐射的,对噪声特别大的部件,如开关电源,用金属盒罩起来,可减少噪声源对单片机系统的干扰。对特别怕干扰的模拟电路,如高灵敏度的弱信号放大电路可屏蔽起来。而重要的是金属屏蔽本身必须接真正的地。

第二部分 项目内容

内容要求:

1、自选一种EDA软件(比如:multiSIM7、Protel DXP 或 Cadence Allegro等)设计一射频电路。

2、先对电路进行原理仿真和分析,确定电路功能的完整和可靠,并得到器件的相应参数。

3、再将设计好的电路图进行PCB的布线,并进行仿真、分析,得到各电磁兼容的性能参数信息。

4、必须应用接地、屏蔽、与滤波等技术和PCB电磁兼容设计等知识防止电磁干扰。

第三部分 项目设计与仿真

(一) 本次项目中使用的电路为正弦波发生电路,原理图如下:

项目原理图

元件参数:(待补充)

(二) 项目仿真

本次项目采用MULTISIM进行仿真,仿真所使用的电路如下:

项目仿真图

仿真结果:

MULTISIM仿真结果

(三) 项目的PCB制作

本次项目使用Alitum Designer进行PCB的制作。

1、未考虑ECM的PCB图如下:

2、考虑EMC的PCB图如下:

(四) 项目中的EMI以及EMC分析:

原理图分析:

原理图等效放大器1

如图原理图等效放大器1,三极管Q2在电路中可以认为是一个等效放大器。其发射极本经R6直接与地线相接。考虑到去耦以及电路正常工作的问题,故在R6旁并接了一个电容C11。这样做虽然能让电路更好地工作(交流分量直接从C11回到地),但因此产生的问题为:假设Q2基极处(即在C5部分),在制作PCB时如果因为导线过长或者其他原因产生了电感效应,则会和C11,以及C3及其串联的电容组成另外的一个三端正弦波发生电路,对输出波形产生不利的影响。因此本项目在制作PCB的过程中,注意把Q2的发射极与C5尽量靠近,防止发生上述问题。

原理图等效放大器2

如图原理图等效放大器2,和原理图等效放大器1原理相似,三极管Q1在电路中可以认为是一个等效放大器。其发射极本经R4直接与地线相接。其集电极与电容连接(见原理图),与Q2相比,Q1在经R4接地前并没有再并入电容,这是考虑到了电路能否的正常工作的问题,但因此产生的后果为:因为三极管在接地前没有进行去耦,当产生的振荡频率很高时,振荡的电压会通过三极管的发射极发射,影响到整个电路的工作,对输出波形产生不利的影响。因此本项目中通过选择元件的参数,调整好振荡的频率,避免发生这种问题。

原理图电源与地

如图原理图电源与地,VCC电源与地相接时,先与电容相连。这样做的原因有二:1、降低因VCC电源电压不稳定而对电路的静态工作点产生影响。2、防止从地线返回的干扰电流和VCC合并,对对电路的静态工作点产生影响。

PCB分析:

未考虑EMC的PCB图

未考虑EMC的PCB图总体分析:

第一、器件的布局比较凌乱,容易产生EMI问题。

第二、布线:走线长度不合理,将产生电感和电容效应。

第三、电源的位置:电源应在电气连接上靠近地线,而不是如图仅仅只是位置靠近地线。 第四、滤波电路的位置:根据原理图电源的滤波器应当靠近电源附近。

第五、接地:地线在本PCB中没有起到很好的屏蔽作用,应使地线尽量从振荡部分旁走过,以减少空间电磁振荡产生的影响。

PCB图局部分析:

电源部分

电源应在电气连接上靠近地线,而不是如图仅仅只是位置靠近地线。

电源滤波电路

如图所示,在两导线之间很容易产生电容效应。

接地部分

如图所示,接地部分的4点与导线之间容易产生电容效应。应直接把地线与各点相连接。

滤波器部分

振荡器部分1

振荡器部分2

考虑EMC后的PCB图

考虑EMC的PCB图总体分析:

第一、器件的布局比较整齐,不容易产生EMI问题。 第二、布线:走线长度合理。

第三、电源的位置:经调整后,电源不但在位置上靠近地线,在电气连接上也靠近地线。 第四、滤波电路的位置:根据原理图电源的滤波器应当靠近电源附近。 第五、接地:在本PCB中能很好地起到了屏蔽的效果。

第四部分 总结

本次项目主要涉及到电路的设计、分析、仿真。因为以前我们已经学过对电路图进行PCB布线和仿真,所以这次的项目的难点主要集中在利用本学期所学的电磁兼容与抗干扰技术中的知识来分析电磁兼容性。通过分析可以得到电路电磁兼容的性能参数,在应用接地、屏蔽和滤波等技术和PCB电磁兼容设计知识来防止电磁干扰。在进行项目的过程中,我们了解到,随着电子技术、计算机技术的发展,一个系统中采用的电气及电子设备数量大大增加,而且电子设备的频带日益加宽,功率逐渐增大,灵敏度提高,联接各种设备的电缆网络也越来越复杂,此外,随着电力系统自动化水平的提高,电磁兼容技术的重要性日益显现出来。作为一个未来的工程师,我们学习电磁兼容与抗干扰技术和研究电磁兼容与抗干扰技术是非常重要的。目前,中国的电磁兼容技术以及抗干扰技术不算很强,很多人研究新的电子产品,不断的有新电子产品出现,但是产品的电磁兼容性要求就越来越高。为了让人们的生活更加方便,更加健康,我们在研究电子产品时也应该有所投资的去研究其电磁兼容性能,提高抗干扰性。

第五部分 附件

1、计划进度表:

2、实际进度表:

3、仿真程序

范文二:电磁兼容实验室

实验室认可/资质认定对电磁兼容实验室的要求

国网南京自动化研究院 国家电网公司自动化设备电磁兼容实验室

汤效军

摘要:在电力行业各质检中心/电力试验研究院纷纷建立电磁兼容实验室并获得实验室认可/资质认定资质的情况下,本文就电磁兼容实验室在管理和技术方面如何满足实验室认可/资质认定的要求问题进行了讨论,并逐一列举了具体的要求条款和解释。本文提出的总结性论点对我国电力行业电磁兼容实验室在持续维护相关资质目标下的运行和管理具有一定的参考价值。

关键词:电磁兼容 实验室认可 资质认定 计量认证

0 引言

目前我国电力行业的实验室包括国网/南网直属的质检中心/实验室、各电力集团公司和省电力公司直属的电力试验研究院、有些地调实验室和各工程局实验室。随着我国社会的进步和电力行业发展对质量要求的提高,这种要求已归纳到对检测和校准实验室的规范和能力的要求上来。在当前情况下,上述实验室已经大部分通过了实验室认可和资质认定(有部份是国家级资质认定,有部份是地方级资质认定),这说明此类实验室在管理和技术两个方面均已能够按照实验室认可和资质认定的要求开展活动。

大家知道,电磁兼容技术是近年来刚刚开始迅速发展的设计和检测技术,它在产品性能和环境监测上具有举足轻重的地位,并在电力自动化技术领域扮演了越来越重要的角色。现在各个实验室基本上已经设立了电磁兼容检测试验项目,有的还专门成立了电磁兼容实验室。在实验室的运行中,有许多实验室人员虽然经过了质量管理体系培训,虽然学习过了《检测和校准实验室能力认可准则》和《实验室资质认定评审准则》(以下简称:认可准则和评审准则),但是对电磁兼容实验室在满足资质要求的前提下如何运行,有哪些具体要求条款,如何活学活用要求条款还是不太清楚,甚至感到比较茫然。因此,进一步说明实验室认可/资质认定对电磁兼容实验室的要求,逐项列出并解释要求条款的实际含义就显得十分必要了。

1 依据

电磁兼容实验室的管理和技术要求的评定应当以如下文件为依据:

z

z

z

z

z

z CNAS-CL01 2006 检测和校准实验室能力认可准则 CNAS-CL11 2006 检测和校准实验室能力认可准则在电气检测领域的应用说明 CNAS-CL16 2006 检测和校准实验室能力认可准则在电磁兼容检测领域的应用说明 CNAS-GL07:2006 EMC检测领域不确定度的评估指南 CNAS-WI14-01 2006 实验室认可评审工作指导书 国认实函[2006]141号 实验室资质认定评审准则

一般地,电磁兼容实验室需要满足《认可准则》和《评审准则》的要求。对于实验室认可,还需要满足认可准则在电气及电磁兼容领域的应用说明的要求。对于资质认定,还需要满足《十九条特殊要求》的规定。

下面在认为读者已经对《认可准则》和《评审准则》具有一定程度的理解的基础上,就电磁兼容实验室较为特殊的专门要求进行一些归纳总结和说明(未特别注明的代表实验室认可要求)。

2 人员要求

对电磁兼容实验室检验人员的要求:

(1) 实验室人员应具有相应的电磁兼容基础理论和专业知识,其中从事该领域的高中级技术人员的比例不低于技术人员总数的60%。注:由于电磁兼容测试设备和仪表多为贵重的、操作复杂的设备,所以实验室应经过评审对某些设备的操作人员进行授权。

(2) 检测人员应经过必要的培训和考核。什么样的培训算是达到要求的培训?实验室购买了仪表,自行培训是不是符合本要求?我们认为,应在测试标准的要求指导下,进行符合行业测试特点的培训才是必要的培训。外部培训可以达到不同实验室间进行标准理解、设备操作和检验过程的交流,不至于发生在一个实验室使用错误的方法的差错,因此是一个值得推荐的培训方式。

(3) 如果需要进行现场检测,应该委派具备专业知识和经验的人员进行监督现场检测。注:在进行现场检测之前,需要制定现场检测的方案,内容包括现场的场地环境、使用的仪表、被测设备的外部测试环境、客户对检测的方法要求、是否需要监督、安全考虑,以及现场的其它实际要求(如工作期限、食宿、交通,以及是否存在外部限制因素等)。资质认定要求:实验室应由熟悉各项检测和/或校准方法、程序、目的和结果评价的人员对检测和/或校准的关键环节进行监督。

(4) 资质认定要求:实验室应使用正式人员或合同制人员。不得使用临时雇佣的人员参加检验。

(5) 资质认定要求:实验室技术主管、授权签字人应具有工程师以上(含工程师)技术职称, 熟悉业务,经考核合格。对于依法设置和依法授权的质量监督检验机构,其授权签字人应具有工程师以上(含工程师)技术职称,熟悉业务,在本专业领域从业3年以上。

3 设施和环境条件要求

(1) 根据所申请认可的业务范围和相应标准,实验室应具备满足相应指标要求的试验场所:

z

z

z

z 辐射骚扰检测应具备开阔试验场和(或)电波暗室; 传导骚扰、骚扰功率检测应具备屏蔽室; 辐射抗扰度检测应具备开阔试验场或电波暗室或横电磁波室; 传导抗扰度检测应具备屏蔽室或保证环境引入的传导干扰比相应标准规定的抗扰度限值低20dB的试验场地。

(2) 实验室的检测仪器设备和辅助设备应满足GB 6113.-1995《无线电干扰和抗扰度测量设备规范》(采用CISPR 16-1)和所申请认可的业务范围及相应标准的要求。

(3) 开阔试验场

z 开阔试验场应满足GB/T 6113.104(等同CISPR 16-1-4:2004)《无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范 第1-4 部分 无线电骚扰和抗扰度测量设备 辅助设备 辐射骚扰》中有关开阔试验场地物理特性、电特性和场地有效性的要求;

z 开阔试验场每年应按GB 9254(等同采用国际无线电干扰特别委员会CISPR 22《信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法》附录测量一次归一化场地衰减,并保证归一化场地衰减满足±4dB场地可接受原则;

z 开阔试验场的最小尺寸应满足3米法测试要求。对大型设备,测量场地应满足有关标准对场

开阔试验场应具备气候保护罩、转台和天线升降塔并符合GB/T 6113.104(等同

地的要求; z

CISPR16-1-4:2004)《无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范 第1-4 部分 无线电骚扰和抗扰度测量设备 辅助设备 辐射骚扰 》的要求。

z 开阔试验场周围的电磁环境电平与相应限值相比应足够低,试验场地的质量按下述四级给予

a) 第一级周围环境电平比相应限值低6dB;

b) 第二级周围环境电平中有些发射比相应的限值低,但其差值小于6dB;

c) 第三级周围环境电平中有些发射在相应的限值之上,这些干扰可能是非周期的(即相对测试来说这些发射之间的间隔是足够长),也可能是连续的,但只在有限的可识别频率上;

d) 第四级周围的环境电平在大部分测试频率范围内都在相应限值之上,且连续出现;

其中,第四级场地不符合要求。

评审报告中应注明场地级别。 评估:

(4) 电波暗室

z

z 电波暗室的最小尺寸应满足3米法测试的要求; 进行辐射骚扰测试时,电波暗室的场地有效性应满足标准要求(如GB 9254-1998《信息技术

电波暗室的屏蔽效能应满足屏蔽室屏蔽效能的要求;

进行辐射抗扰度测试时,电波暗室内的测试空间场分布均匀性应满足GB/T 17626.3-2006(等设备的无线电骚扰限值和测量方法》); z z

同采用国际电工委员会IEC 61000-4-3:2002《射频电磁场抗扰度试验》

(5) 屏蔽室:

z 屏蔽室的屏蔽效能应能达到:

频率范围 屏蔽效能

0.014-1MHz >60dB

1-1000MHz >90dB

z

z

z

z 屏蔽室供电系统对屏蔽室金属壁应能承受基本绝缘耐压试验; 电源进线对屏蔽室金属壁的绝缘电阻及导线与导线之间的绝缘电阻应大于2MΩ; 屏蔽室的接地电阻应小于4Ω; 屏蔽室的主要谐振频率点应记录备查。

所用横电磁波室的类型应是符合国家/国际标准规定的;

横电磁波室应给出其工作频率的上限,其工作频率范围应满足所申请认可的业务和相应标准横电磁波室内场分布均匀性的大小应与受试设备的尺寸相适应,受试设备高度

横电磁波室的特性阻抗应为50Ω或者150±6Ω(3dB均匀区)。 (6) 横电磁波室: z z 的要求; z 2/3时, 在此区域内的分布不均匀度应小于±3dB; z z

(7) 应具备各种适当的接地措施并予以维护,如果需要,应提供到每个电气仪器或设备的地。需要对实验室的接地系统进行测试,并留下记录。

(8) 如果检测项目和/或所用的检测设备对背景电磁辐射敏感,应安装适当的电磁屏蔽、吸收、接地、隔离或滤波之类设施并予以监控和维护。

(9) 如果检测项目和/或所用的检测设备对静电敏感,应安装适当防静电工作台面、防静电地板、接地设施以及其他防静电用品。

(10) 实验室应配备的足够的电源容量,并确保试验电源特性,如电压额定值、频率额定值、电压稳定度、频率稳定度、谐波畸变等,符合检测规范要求或保证检测结果的不确定度在预计的范围内。

如检测标准和检测规范中没有明确,则电压应保持在额定电压的+/-3%,频率应保持在额定频率的+/-2%,总谐波畸变不大于5%。

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

求。

(16)

资质认定要求:未经定型的专用检测仪器设备需提供相关技术单位的验证证明。 实验室的检测工作电源应独立于空调、照明电源的单独回路供电。 实验室的面积应满足检测工作的需要,应为工作设备和所有必要的辅助设备和仪器保留存储实验室的检测操作区域应提供充分照明,一般实验室照明度应不低于250lux(一般阅览室为高压下检测设备,应按电压等级提供有充分的安全保护的房间或封闭区域和安全距离,在进资质认定要求:如果要使用实验室永久控制范围以外的仪器设备(租用、借用、使用客户的空间,应有足够的空间给需要数目的测试人员和管理人员。 300lux,起居室为150lux)。 行升压操作时应有2人操作。 设备),限于某些使用频次低、价格昂贵或特定的检测设施设备,且应保证符合《评审准则》的相关要

4 测试方法及结果要求

(1) 检测证书和报告中还应包括:

z

z

z

z

z

z

z 测量设备名称、型号、校准状态; 辅助设备名称、型号、校准状态; 与被测设备有关的辅助设备名称、型号、连接方式; 被测设备的连接图; 检测布置图; 检测数据; 计量单位应符合SI国际单位制要求(国际单位制是国际上公认的以7种基本单位加上其导出单位以及其倍数和分数组成的一种科学的单位制度)。资质认定要求:报告应使用国家法定计量单位(国家法定计量单位是国际单位制加上国家选定的其它计量单位)。例如:dB是电磁兼容测试中的常用单位,但是它不是SI单位,而是国家法定计量单位。虽然dB不是SI单位,但是它是与SI单位并用的单位,在国际标准中得到广泛采用,因此,在实验室认可检测报告中仍可使用。

(2) 资质认定要求:实验室应优先选择国家标准、行业标准、地方标准;需要时,实验室可以采用国际标准,但仅限特定委托方的委托检测。什么是特定的委托方呢?特定的委托方为:涉外检测、仲裁检验、司法鉴定和涉及对科研、生产有重大影响的项目的委托方。实验室自行制订的非标方法,经确认后,可以作为资质认定项目,但仅限特定委托方的检测。 但这里是指除委托性检测或具有试验性质的测试项目,可以采用非标准方法或委托方提供的方法。而法定检测、评定性检测和仲裁检测等需要出具证明作用的数据和结果的检测均应选择国家标准、行业标准和地方标准。

(3) 资质认定要求:检测和校准方法的偏离须有相关技术单位验证其可靠性或经有关主管部门核准。

5 其它要求

(1) 不确定度:检测实验室对定量检测结果应有测量不确定度应用程序,并应有能力评定测量不确定度。当检测产生数值结果,或者报告的结果是建立在数值结果基础之上,则需要评估这些数值结果的不确定度。对每个适用的典型试验均应进行不确定度评估。因检测方法的原因无法用计量学或统计学方法进行测量不确定度的评估时,实验室至少应尝试识别不确定度分量,并作出合理评估。若检测结果不是用数值表示的或者不建立在数值数据基础之上的(如合格/不合格,阴性/阳性,或基于视觉或

触觉以及其他定性检测),则不需要对不确定度进行评定。

电磁兼容试验项目的不确定度计算参考CNAS-GL07:2006 《EMC检测领域不确定度的评估指南》和JJF 1059-1999《测量不确定度的评定与表示》。

(2) 校准结果的确认:实验室应确认校准结果满足检测方法的要求。对于校准产生的校准因子,应通过评审,并加以采用。

(3) 特殊情况下的溯源:当溯源至国家计量基(标)准或国际计量基(标)准不可能或不适用时,则应溯源至公认实物标准,或通过比对试验、参加能力验证等途径,证明其测量结果与同类实验室的一致性。

(4) 分包:实验室检测标准规定的主要项目不应分包。资质认定要求:分包比例必须予以控制(限仪器设备使用频次低、价格昂贵及特种项目)。

(5) 采购及服务:对电气检测质量有影响的服务包括但不限于校准服务、标准服务、样品运输服务、检测设施设备维护服务等。

(6) 指令性计划:资质认定要求对政府下达的指令性检验任务,应编制计划并保质保量按时完成(适用于授权/验收的实验室)。例如:生产许可证的检验指令。

(7) 安全措施:资质认定要求实验室应建立并保持安全作业管理程序,确保化学危险品、毒品、有害生物、电离辐射、高温、高电压、撞击、以及水、气、火、电等危及安全的因素和环境得以有效控制,并有相应的应急处理措施。对于电磁兼容实验室,要防止辐射泄漏,防止人员在暗室的功率放大器工作时进入工作区域等。

(8) 环保措施:实验室应建立并保持环境保护程序,具备相应的设施设备,确保检测/校准产生的废气、废液、粉尘、噪声、固废物等的处理符合环境和健康的要求,并有相应的应急处理措施。对于电磁兼容实验室要防止辐射泄漏。

6 结 束 语

电磁兼容实验室是一个特殊的实验室,它的特殊性表现在电磁兼容参数的测试受到的影响量的来源较多,量值关系复杂。对于一项测试结果,重复性试验的一致性容易受到干扰。在分析一项测试结果时,可能的因素比较复杂,并且分析原因艰难。因此,电磁兼容实验室的质量管理体系更是比其它实验室要求高。本文所提出的一系列要求是在保证电磁兼容实验室满足《认可准则》和《评审准则》要求的基础之上附加的要求,有些比较具体,但是必须努力达到。

参 考 文 献

[1] CNAS-CL01:2006检测和校准实验室能力认可准则 (资料下载:http://www.cnas.org.cn/extra/col23/1153719823.pdf )

[2] 国认实函[2006]141号 实验室资质认定评审准则(资料下载:http://www.chinaitc.net/forum/dispbbs.asp?BoardID=73&ID=6668&replyID=&skin=1 )

[3] JJF 1059-1999 测量不确定度评定与表示(资料下载: )

[4] CNAS-GL07:2006 EMC检测领域不确定度的评估指南(资料下载: )

The Requirement of National Laboratory Accreditation &

Qualification Confirmation for EMC Laboratory

Tang Xiaojun

(Nanjing Automation Research Institute, 210003, Nanjing China)

Abstract: In this paper, several problems concerning how to satisfy the requirement of national laboratory accreditation (CNAS) and qualification confirmation (CMA) for EMC laboratory considering both aspects of management and technology are discussed. Also, each items of requirement are listed and explained one by one. The viewpoint suggested and summarized in this paper may have certain reference and guidance value for keeping the qualification of CNAS & CMA.

Keywords: EMC, CNAS, CMA, Requirement

收稿日期:2008-3-10

作者简介:汤效军(1957-),男,江苏南京市人,研究员级高级工程师,工学硕士,华北电力大学电子系电力系统通信专业。主要从事电力系统通信技术、检测技术的研究和认证认可评审工作。

范文三:电磁兼容实验室

电磁兼容性测试

前 言

各式各样之三C整合系统设备带给人类生活无限方便利益, 却也造成复杂电磁噪声环境。四十年前欧体

IEC/CISPR等委员会之电磁兼容性(ElectroMagnetic Compatibility, EMC)研究小组有鉴于此电磁噪声环境趋势,发出 89/336/EEC EMC 指令(及后续修订版92/31/EEC,93/68/EEC),说明电子电机设备相关产品必须符合辐射干扰与传导干扰发射规格外,同时陆续增订辐射耐受性与传导耐受性规格,要求1996年元旦起强制实施,国内各类电子电机产品厂商为强化所生产产品符合内外销相关EMC指令,促使EMC测试场地快速成长,较大规模之信息厂都趋向自行筹建EMI (ElectroMagnetic Interference)除错场地,加速产品EMC设计达到外销各国相关EMC需求。然而为了验证电子电机设备电磁兼容性设计是否良好,就必须在研发之整个过程中,对各种电磁干扰源之发射噪声、传输特性及受干扰设备能否负荷耐受性测试,验证设备是否符合相关电磁兼容性标准和规范;找出设备设计及生产过程中,在电磁兼容性方面之盲点。在客户安装和使用设备时,提供了既真实又有效之数据,因此,电磁兼容性测试是电磁兼容性设计所不可或缺之重要环节。本文将针对EMC测试最新之军规、商规、车辆规范等作一比较分析测试方法差异及相关经验。

表一 .

常见美军军规, 欧美商规及车辆用电磁干扰(EMI)测试项目摘要比较

表二.

常见美军军规, 欧美商规及车辆用电磁耐受性(EMS)测试项目摘要比较

电磁兼容性测试范围与所采用之标准和规范 电磁兼容性测试范围与所采用之标准和规范

依据相应之电磁兼容性标准和规范,电磁干扰(EMI)及电磁耐受性测试(EMS)在不同频率范围内,采用不同之方式进行。基于任意电子电机设备既可能是一个干扰源,也可能是被干扰者。因而,电磁兼容性测试包含电磁干扰测试(EMI)及电磁耐受性测试(EMS)。由于电磁兼容性测试种类太多,实在无法逐一详细说明,本文就表1及表2摘要列举了几个典型EMC测试标准和规范(含常见美军军规、欧美商规及车辆用EMC标准),在不同频率范围中之测试项目,从军规EMC标准之演变,就可观察到欧美商规EMC标准之趋势。近年来,车辆工业界面对二十一世纪车辆设计新颖要求,纷纷成立车辆研发中心,由于国内主要汽车制造厂均需符合相关车辆用EMC标准和规范,因此更需了解比较车辆EMC设计与测试验证之方法。

此二表中CE表示可以传导发射(Conducted Emission),CS表示传导耐受性(Conducted susceptibility),RE表示辐射发射(Radiated Emission),RS表示辐射耐受性(Radiated Susceptibility)。一般电磁干扰(EMI,包括CE及RE)测试主要内容有︰电子电机产品和设备在各种电磁噪声环境中之传导干扰和辐射干扰发射量之测试(例如电子电机设备之交换式电源之脉冲干扰和连续干扰)及各种讯号传输时,干扰传递特性之测试(例如各种传输线之传输特性和屏蔽效果)。

而电磁耐受性(EMS,包括CS及RS)测试主要内容则有︰

1. 对电场、磁场之辐射耐受性测试

2. 对电源线、控制线、讯号线、地线等注入干扰之传导耐受性测试

3. 对静电放电和各种瞬时电磁波(突波或电性快速瞬时)之耐受性测试

EMC测试场地之一般要求︰

如何有效地量测出实际待测产品设备溢出之噪声,与产生类似EMI之干扰源,用来验证待测产品设备之电磁耐受性,都是EMC工程人员所必须掌握。因此,为了仿真复杂电磁噪声环境及保证EMC测试结果之重复性、准确性和可靠性,EMC测试对环境有较高之需求,测试场地可分为隔离室(包含 TEM/GTEM Cell等积向电磁波EMC测试室)、电波暗室和室外开放测试区之场地(open Area Test Site,OATS)等。这些EMC测试场地之功能、建材和限制条件简述如下︰就隔离室而言,隔离室之作法一方面是对外来电子电机干扰加以屏蔽,从而保证室内电磁噪声环境满足要求,另一方面是对内部如天线等发射源进行屏蔽而不对外界造成干扰。

MIL-STD-461及其它相关电磁兼容性标准规定,许多测试项目必须在隔离室内进行,隔离室为一个由金属材料做成之六面体,其建材形式为镀锌钢板式、铜网式、多层复合金板式等等不胜枚举。影响隔离室性能之主要原因有︰屏蔽门、屏蔽材料、电源滤波器、通风波导、安装及焊接接缝、接地等。从屏蔽效益来看,钢板式最好,在10kHz至18GHz频率范围,可满足屏蔽效益80~120dB之要求。在使用隔离室进行电磁兼容性测试时,要注意隔离室之共振及反射。根据电磁理论,隔离室是一个很大之方形波导共振腔,具有一系列之电磁共振频率,当隔离室发生共振时,将会影响屏蔽效益及测试结果,隔离室基本共振频率公式为:

式中f为共振频率(MHz),a,b,c为隔离室之长、宽、高度(公尺);m,n,p为0及正整数,三者中最多只能一个为零,对于TE波m不能为零,举例来说,商规长、宽、高9*6*6立方公尺之隔离室基本TE101波之共振频率约为30MHz。由式(1)可见,隔离室有许多个共振频率,当隔离室共振时,其屏蔽效益大幅下降,并且会造成很大之测试误差,因此在进行EMC测试时应避免这些共振频率。天线等发射源将会在隔离室壁面上产生多重反射,从而影响测试结果,往往误差大到30~40dB,为此在条件许可之各种状况下,在体积较大之隔离室内进行测试,同时使待测件在保证入射为平面波之前提下,缩短待测件与接收天线之距离,对于最近之反射路径,针对反射点局部加贴吸波材料,可以减少反射波。

就电波暗室(全电波暗室或半电波暗室)而言,全电波暗室是针对一般隔离室各内壁面反射,将会影响测试结果,因而在六个壁面上,加装吸波材料而形成之隔离室(为了仿真室外开放测试区之场地测试,接地地板上不贴吸波材料之电波暗室称为半电波暗室)。吸波材料一般采用介质损耗型(如聚氨脂类之泡沫塑料,亚铁磁砖等),为了确保其耐燃烧特性需在碳酸溶液中渗透,吸波材料通常做成圆锥状、棱角锥状及方楔形状,以保持连续渐变之焦耳阻抗。军规MIL-STD-462D对吸波材料之最小吸收量有所规定,即频率80MHz~250MHz至少6dB,频率大于250MHz则至少10dB以上。而为了保证内部测试场之均匀,吸波体之长度相对于隔离室工作频率下限,所对应之波长要足够长(1/4波长效果较好),吸波体之体积也会限制吸波材料之有效工作频率(一般在30MHz以上)减小了隔离室之有效空间,电波暗室之屏蔽效益要求与隔离室相同。此外,商规EMC测试对电波暗室之场地衰减 (Site Attenuation,SA) 规定NSA (Normalized SA)要在理论值±4dB之范围;对电波暗室内部测试场强之均匀度,则要求执行16点场强之均匀度校正试验,此试验之测试方法详加说明如图,

发射天线与待测场强之均匀面(1.5m×1.5m)相距3公尺,16点均匀面正方形(4点×4点,点距0.5m)场强之均匀度,至少要求其中12点 (75%) 要符合规格需求,这种测试方法与1993年版之军规MIL-STD-462D要求相当就室外开放测试区之场地(OATS)而言,开放测试区之场地通常用于精确测量待测件之发射极限值,OATS要求平坦开阔,远离建筑标地、塔台、电线、树林、地下电缆和金属管道,环境电磁干扰背景要很小(如一般电磁兼容性标准和规范要求至少低于允许之极限值6dB),接地地板可为钢板或其它低阻金属结构,场地尺寸在不同之

EMC标准和规范要求不尽相同。

EMC测试所需基本仪器之要求及其配备

在前节所述EMC测试场地执行EMI/EMS测试时,所需基本仪器之要求及其配备,随着不同频率范围中之测试项目而有所差异,图划出典型EMI/EMS测试组合示意架构,其中测试所需不同仪器之基本配备则如下列说明。

1. 隔离室屏蔽效益(Shielding Effectiveness,SE)测试所需仪器之基本配备参考IEEE-299-1997和

MIL-STD-285等测试隔离室屏蔽效益之标准,在不同频率范围内将隔离室屏蔽效益分为磁场屏蔽(低阻抗场),电场屏蔽(高阻抗场)平面波电磁场屏蔽和微波屏蔽,其测试仪器之基本配备为︰频谱分析仪或EMI测试接收机、场强监视系统、各类讯号产生器、功率放大器、各类衰减器、定向耦合器及各类发射、接收天线(棒状天线、环路天线、对数螺旋天线、喇叭天线等)及输出变压器。

2. 电磁干扰EMI测试所需仪器之基本配备需求

由于使用测试仪器时也会产生一定电磁干扰,为了保证测试之准确性,CISPR16要求测试仪器之干扰量至少比待测装置干扰电压或电流小20dB,且比允许之干扰量小40dB。测试仪器精确度要求为︰电压测试时误差不超过正负2dB,场强测试时误差不超过正负3dB。测试仪器之屏蔽效益至少要有60dB,测试仪器接入测试系统后,既不应改变被测电子电机设备之工作状态,也不应对被测干援源有分压分流效应,测试仪器本身之干扰耐受性应远低于可能受到之干扰量。常用之电磁干扰EMI(含RE及CE)测试仪器配备有︰

· EMI自动测试控制系统(计算机及其接口单元)

· EMI测试接收机(或频谱分析仪)

· 各式天线(主动、被动棒状天线、大小形状环路天线、功率双锥天线、对数螺旋天线、喇叭天线)及天线控制单元等

· 电流注入感应器(Current Probe)、电压感应器、隔离变压器

· 电源阻抗仿真网络(Line Impedance Stabilization Network,LISN)贯穿电容,储存式示波器,各型滤波器、定向耦合器等

3.电磁耐受性(EMS)测试仪器之基本配备需求常用之电磁耐受性EMS(含RS及CS)测试仪器之基本配备需求有 · EMS自动测试控制系统(计算机及其接口单元)

· EMI测试接收机(或频谱分析仪)

· 各式发射、接收天线

· 讯号产生器2功率放大器、场强监视系统

· 储存式示波器,注入隔离变压器,各型滤波器、定向耦合器

· 电源阻抗仿真网络,射频抑制滤波器,光纤数据传输系统

4.简介常用之EMC测试重点仪器和设备 电磁兼容性测试除了通用测试仪器外,还需许多特殊仪器和设备,下面将简介一些电流感应器、电源阻抗仿真网络、EMI测试接收机、频谱分析仪、各式发射接收天线、平行板线、及TEM/GTEM Cell等横向电磁波测试室等主要仪器设备之工作原理和使用特点。

电流感应器

电流感应器是引用荷尔效应(Hall effect),从流动导线之电流穿过电流感应器产生磁场,执行CE101/CE102等传导干扰测试时,利用电流感应器来感应侦测导线所溢放射出之噪声。

电源阻抗仿真网络

(LISN)

电源阻抗仿真网络是一种耦合电路,主要用来提供干净之DC/AC电源品质,阻挡待测件噪声回馈至电源及RF

耦合,内部电路架构与阻抗特性曲线如图。早期军规传导干扰测试是以10厉贯穿电容为主,电源阻抗仿真网络(LISN) 为辅,1993年以来,军规MIL-STD-462D要求改以LISN为主,所用导电桌或木桌上接地平面(Ground Plane)皆配备LISN作测试,而CISPR商规要求所用木桌上也配备LISN作测试。

EMI测试接收机

EMI测试接收机是EMC试验中最常用之基本测试仪器,EMI测试接收机实际上是含高频选频放大之超外差接收机,其灵敏度可通过输入回路之可调衰减器来调变,由于测试讯号输入常常是极宽之频谱讯号,运用可调谐高频选择器对输入讯号进行预选,可以改善混频器之工作状况,中频放大器和中频选择器用来确定仪器之通行频带,并对讯号进行功率放大。基于测试接收机之频率响应特性要求,按CISPR16规定,测试接收机应有四种基本检波方式︰准峰值检波(QP)、均方根值检波、峰值检波(Peak)及平均值检波(AV)。然而,大多数电磁干扰都是脉冲干扰,它们对音频影响之客观效果是随着重复频率之增高而增大,具有特定时间常数之准峰值检波器之输出特性,可以近似反应这种影响。因此在无线广播频率领域,CISPR所推荐之电磁兼容性规范采用准峰值检波。由于准峰值检波既要利用干扰讯号之幅度,又要反映它时间分布,因此其充电时间常数比峰值检波器大,而放电时间常数比峰值检波器小,对不同频谱段应有不同之充放电时间常数,这两种检波方式主要用于脉冲干扰测试。瞬间变化及重复频率很低之脉冲干扰源已成为主流,使用准峰值检波器已不能客观评估此类干扰之特性,军规测试EMC对于单一脉冲或重复频率很低之脉冲进行检测,常用峰值检波,由于峰值检波是要测试出干扰讯号振幅之最大值,故它只取决于讯号之幅度而与时间无关,其充电放电时间常数比值 TC/TD 要足够小,通常TC/TD为几百分之

一。平均值检波主要用来测试窄频之连续波、调谐波干扰,其充放电时间常数比值TC/TD为1。

若是干扰经常由许多独立之脉冲源产生,而往往是随机的,则最好使用均方根检波器。选用检波器取决于被测受干扰源之性质以及所受保护之对象,对于同一干扰噪声用不同检波器测得之值是不同,而各种检波器对脉冲干扰之相对响应也是不同。但将测试数据通过转换后,仍可得出一致之结果,有些接收机只有峰值或准峰值检波器,此时只需通过准峰值或峰值转换器转换,就能满足不同之测试要求。

频谱分析仪

频谱分析仪之检波器为峰值检波,因而满足军规EMC测试要求,但不符合欧美EMC商规及我国电磁兼容性国家标准(CNS13430系列)规定之极限值测试。为此必须在输入端配备预选器(Preselector)以防止混频器饱和,改善频谱分析仪之S/N比,提高灵敏度,并且在中频输出端配备准峰值转换器或检波器。则系统灵敏度、动态范围也提高,就可以满足军规EMC测试及CISPR标准测试。

EMI测试接收机与频谱分析仪两类设备各有优缺点︰测试接收机之优点有测试准确度高、动态范围大、频率分辨率高、灵敏度高、互调干扰小及有四种基本检波方式;缺点就是不能像频谱仪分析仪在很宽之频率范围内展开观察,而对被测讯号无法快速进行频谱分析和振幅测试。频谱分析仪之优点是能在很宽广之频率范围内观察而迅速地对被测讯号进行频谱分析和振幅测试、测试设备相对简单及测试比较方便;缺点就是测试准确度相对差一些、频率分辨率较低、互调干扰大、选择性较差及祇有单一峰值检波方式。

EMC测试用天线

电磁兼容性测试频率范围从几10Hz到几10GHz,在这么宽之频率范围内作电磁干扰及电磁耐受性测试,所用天线种类繁多,且必须借助各种探测天线把被测场强转换成电压。电磁兼容性试验中各频段优先使用之天线,包括在150Hz~30MHz采用棒状与环路天线,30MHz~300MHz采用偶极与双锥天线,300MHz~1GHz采用偶极、对数周期及对数螺旋天线,1GHz~40GHz采用喇叭天线,这些天线之相关参数与理论可参考制造厂商提供天线出厂之资料。电磁兼容性测试用天线具有下列特点︰广泛的应用到宽频带天线,为了提高测试速度,不得不采用宽频带天线,除非只对少数已知之干扰频率点进行测试。宽频频带天线在出厂前提供校正曲线,使用时需输入此天线因素。天线增益不高,方向性不甚明显。不少试验用天线都工作在近场区,测试结果对测试距离很敏感,为此试验中必须严格按试验规定进行。其次,在近场区电场、磁场之比(波阻抗)不再是个常数,所以有些天线虽然给了电场、磁场之校正系数,但只有当这些天线作远场测试时才有效,测试近场干扰时,电场与磁场测试结果不能再按此换算,这是在试验中容易忽略之问题。天线之场强测试动态范围较宽,应根据测试对象正确选用,电磁兼容性试验之场强相差很大,对强大场强虽然可用衰减器扩大天线量测范围,但应以不损坏天线转换器为前提。收、发天线有时是不能互易,如同为双锥天线,收、发用天线有区别,收、发环路天线也不同,使用时不能互换。 平行板天线

车辆零组件执行电磁场辐射耐受性试验(ISO 11452-6)时,需要均匀横电磁波之测量环境。利用平行板线,在其一端接相应之讯号产生器与功率放大器,另一端接匹配负载,可在两平行板间产生横电磁波之行波状态(详见图 )。当两板间距为d,所加电压为V时,平行板之电场强度E为 E = V / d ....(2)

平行板线之工作频率与终端负载之匹配情况有关,而且与平行板之间之距离d成反比,距离越大,上限工作频率越低。随频率上升,传输讯号之?/4送到平皮间距d时,平行板在其开放之侧面将产生强烈辐射,以致于影响周围其它测试设备之工作,甚至危害试验人员之健康。

因此,当其内部电场较强时,应将其放在电磁隔离室内,或在其开放之侧面布置适当之可移动吸波材料墙。当频率进一步提高时,板间将出现高次模,使板间电磁场发生畸变,一般把出现高次模之频率定为平行板线之上限频率。当待测件置于平行板时,原来之均匀电场将发生畸变,为此通常规定待测件之体积应小于两板中间体积之1/3。与一般采用辐射天线对待测件进行电场辐射耐受性试验相比,平行板线有下列优点︰可在宽频段范围内产生平面波场;所有能量集中在平行板间,因而电磁能量利用率高,不需很大瓦特数之功率讯号放大器就可在板间产生高于25V/m之场强(车辆零组件规格);平行板线之造价与其它产生场强,用以进行电磁耐受性试验之方法和装置相比,成本较低。其主要缺点是︰仅适用于如车辆零组件等小型设备之试验,对周围之辐射较为严重,影响监测仪器之功能及操作人员之健康。这些缺点限制了应用,从1980年以来,平行板线已逐渐被横电磁波室所取代,但在电磁脉冲(EMP)研究中,仍将其作为场强仿真装置。

横电磁波室 (TEM/GTWM CELL)

横电磁波(Transverse Electro Magnetic,TEM)室是利用传输线原理,由同轴线演变而来,一种内部能传输均匀横电磁波之长方形测试室。它是电子电机设备电场辐射耐受性试验之理想装置,除了可进行射频连续波耐受性,脉冲波耐受性试验外,还可用于测试电子电机设备所产生之辐射干扰,及作为对各种近场测试探夹(如电流注入感应器、电压感应器、场强感应器等)进行校正用之标准场源装置。图 为横电磁波室之示意图,如图所示,横电磁波室由矩形外导体和平板中心接地导电板所构成,两端通过四面尖锥过渡区与精密50咫冷型同轴连接器连接,接地导电板用绝缘支架固定,将横电磁波室分成两部分。待测件之供电系统通过电源滤波器进入,长方形横电磁波室之优点是腔体内之场强比较均匀,而正方形横电磁波室之优点是在相同可用空间条件下,工作频率范围较宽,所需用料省,体积较小。与平行板线相类似,待测件在横电磁波室占有之空间一般不超过接地导电板到底板间距的三分之一和前后壁板间距的三分之一,横电磁波室之工作频率与终端负载之匹配情况有关,上限频率依赖于接

地导电板到上下底板间距之尺寸,而且与接地导电板到底板间距d成反比,距离越大,上限工作频率越低。为了使横电磁波室之工作频率提高到1GHz范围,于是GTEM(Gigahertz TEM)横电磁波室因应而生,它之外型是斜面角锥状,详加说明如图,待测件放置方式与TEM横电磁波室类似,如图所示,有各种不同之终端负载,因为工作频率与终端负载之匹配情况有关,目前欧美EMC商规已经广泛应用GTEM横电磁波室来执行辐射发射与辐射耐受性测试。

典型军规、商规之电磁兼容性测试

无论是美军军规、欧美商规或车辆用电磁兼容性测试标准与规范,都对EMI/EMS各类试验,就仪器之配备、场地布置、试验步骤、连接方式等都有严格之规定,试验时应严格按照规格要求执行。由表及表 摘要得知电磁兼容性测试种类太多,实在无法逐一详细说明,因此下面列举了几个典型CE、RE、CS及RS等EMC测试之试验方法。

电源线传导干扰发射测试(Conducted Emission,CE)

参考规格︰MIL-STD-461D/462D,CE102(10kHz~10MHz),规格极限如图7

FCC Part 15 (450kHz~30MHz)

CISPR Pub 22(150kHz~30MHz)

从规格极限图就可知道以上各种CE规格之差异,实际摆设、电缆、引线和接地平板间之最小间隔亦有些差异,其中细节相关规格皆有阐述。

电源线传导干扰测试目的︰待测件所有适用于上列参考规格之频率范围内交直流电源输入和输出线(包括设备内部不接地之中线)之传导干扰测试。

电源线传导干扰测试所需配备︰如图8所示,以CE102为例,电缆、引线和接地平板间之最间隔为5cm,从待测件LISN或到贯穿电容之电源线长度不超过2cm,待测设备之每条电源线,从导线分界处到LISN或贯穿电容器之长度是2m,根据测试系统之灵敏度及宽频带测试要求选用阻抗匹配变换器和滤波器。

电源线传导干扰测试步骤︰将电流探夹沿每根电源线之导线分界处到LISN或贯穿电容器之线段上移动,以使频谱分析仪或测试接收机之读数最大,并记录读数,所得结果与规格极限图比较即可知道是否合格。

电场辐射干扰发射测试(Radiated Emission,RE)

参考规格︰MIL-STD-461D/462D,RE102(10kHz~18GHz)

FCC Part 15(30MHz~1GHz)

CISPR Pub 22(30MHz~1GHz)

电场辐射干扰测试目的︰测试电子电机、电气和机电设备及其组件所辐射之电磁发射,包括来自所有组件、电缆及连接线上之噪声发射。它适用于发射机之基本波发射、假电讯发射、振荡器发射及宽频带发射,但不包括天线之辐射发射与交连导线上之电场辐射。

电场辐射干扰测试所需配备︰如图9所示,按照待测件之性质,可分为桌上型配备及落地型配备。以CISPR Pub 22之开放空间测试为例,旋转台上木桌高度80公分,天线与待测件距离10m,在1m至4m间升降天线,同时待测件应在转台上旋转,找出最大辐射点。对不同频率,选择相应之测试天线,以上电场辐射试验亦可在隔离室内进行之。

传导耐受性测试(Conducted Susceptibility,CS)

参考规格︰MIL-STD-461D/462D,CS102(10kGHz~10MHz)IEC 1000-4-6(150kHZ~

30MHz)

传导耐受性测试︰如图10示,以IEC1000-4-6为例,RF电压直接注入电源线或讯号线,试验水准有三种1、3及10V;频率范围是150kHz~80MHz,使用耦合/去耦合网络,可加振幅调变。

电场辐射耐受性测试(Radiated Susceptibility,RS)

参考规格︰MIL-STD-461D/462D,RS103(10kHz~18GHz),IEC 1000-4-3(80MHz~

1GHz)

电场辐射耐受性测试︰如图11 所示,以IEC1000-4-3为例,测试设备对于规定频谱成分和规定强度之电场辐射场之耐受性。RF讯号经由天线辐射RF功率,对试件产生干扰,干扰频率范围在80MHz~1GHz,试验水准分1V/m,3V/m,10V/m;试验方向包括前、后、左、右(上、下),使用无电波反射室(需符合16点均匀场之规定),试件至天线距离3米,可加振幅调变。

电场辐射耐受性测试(横电磁波室法,10kHz~200MHz)

参考规格︰ISO 11452-3(10kHz~200MHz)

横电磁波室法电场辐射耐受性测试︰以ISO 11452-3为例,如图12所示,使设备尽可能置于接近地电位处,待测件尺寸最好符合三分之一原则,连接线和电源线保持在底板上面4~6cm处。待测件应在它直立位置之两个方向上进行测试,一个方向使设备前面板,沿着横电磁波室长度方向。另一个方向使设备之前面板,对着锥形过渡段方向。设定对待测件耐受性之频率和最小场强或按规定之极限值作耐受性试验,试验频率不应超出正常之工作频率范围。

其它较常用之电磁耐受性测试

静电放电耐受性测试(ESD)︰参考规格IEC 1000-4-2 (如图13所示静电放电波形),仿真人体所带静电对产品之影响。试验点包括所有接触面(如图14所示),空气放电加至15kV,接触放电加至8kV(含垂直与水平耦合),试验次数分正负极性,至少各放电10次,试验间隔一般约1秒钟,静电放电测试前后要同时监测待测件功能是否正常,以判定是否合格。电性快速瞬时耐受性测试(EFT/Burst)︰参考规格IEC 1000-4-4(如图15所示快速瞬时波形),干扰频率为5kHz,试验水准分0·25kV~4kV,噪声脉冲型式在5/50ns,试验模式用来干扰电源线与讯号线,噪声耦合模式可分直接入与电容性线夹,试验方法分正负极性,不同两线接法均可测试测试前后要同时监测待测件功能是否正常,以判定是否合格。

雷击突波耐受性测试(Surge)︰参考规格IEC 1000-4-5 (如图16所示雷击突波波形),仿真雷击诱导与电感性负载切换,试验水准为 0.5kV~4kV,脉冲型式在 1.2/50us(8/20us),10×700us;试验模式可分电源线与讯号(通

讯)线,试验方法包括正负极性、相位,不同两线接法均可测试,测试前后要同时监测待测件功能是否正常,以判定是否合格。

电源频率磁场耐受性测试︰参考规格IEC 1000-4-8(如图17之测试架构),仿真电流流经电力线所产生之电源频率磁场,仿真器须提供连续120A与瞬时1200A之电流,经诱导线圈注入电流(sinusoid)产生干扰源,试验水准包括1,3,10,30,100A/m;试验方向可分前后、左右、上下;试验环境电磁场至少需低于试验条件20dB以上,试件至诱导线圈距离约为试件直径之1/3,测试前后要同时监测待测件功能是否正常,以判定是否合格。电压瞬降瞬断耐受性测试︰参考规格IEC 1000-4-11(如图18之测试架构),仿真电源瞬时快速变动与缓慢连续变动,试验模式祇有电源线,试验水准包括0%,40%,70%;持续周期可分 0.5,1.5,10,25,50 cycles︰侵入电流为100-120V/250A,220-240V/500A等;试验方法包括变动相位范围0~360度,间隔范围3dips/s;电压上升、下降速率范围1~5us等等,测试前后要同时监测待测件功能是否正常,以判定是否合格。电磁兼容性测试可以采用人工操作及自动控制操作之方法,由于人工操作在电磁干扰发射(EMI)测试中要手动调谐,随不同频率点校准及鉴别宽、窄频带;在电磁耐受性(EMS)测试中随不同频率点调谐,确定施加讯号强度,人为观察动态,以判定是否合格。因而使得人工操作测试速度慢,重复性差,难以进行实际测量。采用计算机控制之EMI、EMS自动测试系统有测试灵活、误差小与重复性好等优点,而且可以进行实时测试,目前国内业者已经普遍使用。

结 语

电磁兼容性测试基本上已经在验证产品量产前是否符合电磁兼容规范,但是,就笔者之经验,显示顾客层中(包括军规与商规业者)百分之八十五之设计者都在产品研发后期,才来考虑电磁兼容设计,这时要作EMI问题的修改,往往捉襟见肘,无法克尽全功。因此,祇有在研究新型产品之初期,拟订产品电磁兼容设计整体规划书及电

磁兼容设计指南,才能有系统地整合接地、布线、搭接、滤波、包装与隔离等根本因素,完成符合电磁兼容设计之布局。

范文四:LED电源电磁兼容性的几点试验内容

LED电源电磁兼容性的几点试验内容

电磁兼容性是指:设备或系统在共同的电磁环境中能正常工作,且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。

电磁干扰波一般有两种传播途径,要按各个途径进行评价。一种是以波长较长的频带向电源线传播,给发射区以干扰的途径,一般在30MHz以下。这种波长较长的频率在附属于电子设备的电源线的长度范围内还不满1个波长,其辐射到空间的量也很少,由此可掌握发生于LED电源线上的电压,进而可充分评估干扰的大小,这种噪声叫做传导噪声。

当频率达到30MHz以上,波长也会随之变短。采用了通过直接测定传播到空间的干扰波评价噪声大小的方法,该噪声就叫做辐射噪声。测定辐射噪声的方法有按电场强度对传播空间的干扰波进行直接测定的方法和测定泄露到电源线上的功率的方法。

电磁兼容性试验包括以下试验内容:

① 磁场敏感度

(抗扰性)设备、分系统或系统暴露在电磁辐射下不希望有的响应程度。敏感度电平越小,敏感性越高,抗扰性越差。包括固定频率、峰峰值的磁场测试。

② 静电放电敏感度

具有不同静电电位的物体相互靠近或直接接触引起的电荷转移。300PF电容充电到-15000V,通过500Ω电阻放电。可超差,但放完后要正常。测试后,数据传递、储存不能丢。

③LED 电源瞬态敏感度

包括尖峰信号敏感度(0.5μs、10μs 2倍)、电压瞬态敏感度(10%-30%,30S恢复)、频率瞬态敏感度(5%-10%,30S恢复)。 ④ 辐射敏感度

对造成设备降级的辐射干扰场的度量。(14kHz-1GHz,电场强度为1V/M)。

⑤ 传导敏感度

当引起设备不希望有的响应或造成其性能降级时,对在电源、控制或信号线上的干扰信号或电压的度量。(30Hz-50kHz/3V,50kHz -400MHz/1V)。

⑥ 非工作状态磁场干扰

包装箱4.6m, 磁通密度小于0.525μT;0.9m,0.525μT。 ⑦ 工作状态磁场干扰

上、下、左、右交流磁通密度小于0.5mT。

⑧ 传导干扰沿着导体传播的干扰。10kHz-30MHz,60(48)dBμV。 ⑨ 辐射干扰:通过空间以电磁波形式传播的电磁干扰。10kHz-1000MHz, 30 屏蔽室60(54)μV/m。

范文五:电磁兼容测试

一、前言

自从麦克斯韦建立电磁理论、赫芝发现电磁波百余年来,电磁能得到了充分的利用。尤其在科学发达的今天,广播、电视、通信、导航、雷达、遥测遥控及计算机等领域得到了迅速的发展,给人类创造了巨大的物质财富,特别是信息、网络技术的爆炸性发展,使世界的对话距离和时间骤然缩短,世界的面貌焕然一新,地球村的梦想将成为现实。然而,伴随电磁能的利用,也带来了电磁干扰的产生。元用的电磁场,通过辐射和传导的途径,以场和电流(电压)的形式,侵人工作着的敏感的电子设备,使其无法正常工作。而且,如同生态环境污染一样,随着科学技术的发展.电磁环境的污染也越来越严重。它不仅对电子产品的安全与可靠性产生危害,还会对人类及生态产生不良影响。当然,这种污染不会滞留和积累电磁能量,一旦电磁骚扰源停止工作,干扰也即消失。

电磁环境的不断恶化,引起了世界各工业发达国家的重视,特别是二十世纪七十年代以来,进行了大量的理论研究及实验工作。进而提出了如何使电子设备或系统在其所处的电磁环境中,能够正常的运衍,而对在该环境中工作的其它设备或系统也不引人不能承受的电磁干扰的新课题。这就是所谓的电磁兼容。 电磁兼容学是一门新兴的跨学科的综合性应用学科。作为边缘技术,它以电气和元线电技术的基本理论为基础,并涉及许多新的技术领域,如微波技术、微电子技术、计算机技术、通信和网络技术、以及新材料等等。电磁兼容技术研究的范围很广,儿乎所有现代化工业领域,如电力、通信、交通、航天、军工、计算机和医疗等都必须解决电磁兼容问题。研究的热点内容主要有:

电磁干扰源的特性及其传输特性;

电磁干扰的危害效应;

电磁干扰的抑制技术;

电磁频谱的利用和管理;

电磁兼容性标准与规范;

电磁兼容性的测量与试验技术;

电磁泄漏与静电放电等。

电磁兼容学又是技术与管理并重的实用工程学。开展这样的工程,需要投入大量的人力和财力。国际标准化组织已经和正在制定EMC的有关标准和规范。我国在这方面的起步虽然较晚,但发展很快。随着市场经济的发展,我国要参与世界技术市场的竞争,进出口的电子产品都必须通过EMC检验。因此,我国政府和相关部门越来越关注EMC问题,不断制定了有关的强制性贯彻标准。各部门和军兵种也都开始研究并建立了不同规模的EMC实验室和检测中心。各种形式的技术研讨和交流,促进了EMC技术的普及、推广和应用。我国98年已立法强制对六类进口电子产品(计算机、显示器、打印机、开关电源、电视机和音响)及通信终端产品施行EMC检测。99年国家质量监督局发布了《EMC认证管理办法》。我国电子技术标准化研究所EMC测试实验室被美国联邦通信委员会通过了FCC认可。从2000年2月16日起,出口美国的信息技术设备和发射及接收设备,由该实验室出具的数据将被美国直接接受。目前,国内也正在审定和验收正式的EMC认证机构和实验室。

产品的EMC检测是实现电磁兼容不可缺少的技术手段,强制贯彻电磁兼容标准,则是保证产品质量和提高市场竞争力的先决条件。

二、电磁兼容基本概念

关于EMC的有关概念、定义和术语,在1995年颁布的国家标准GB/T4365“电磁兼容术语”中有详细的阐述。这里仅就几个主要概念作一些辅助说明。

1.电磁环境(Electromagnetic Environment)

指存在于给定场所的所有电磁现象的总和。

给定场所即空间。所有电磁现象包括全部时间与全部频谱。

2.电磁兼容性(Electmmagnetic Compatibiiity-EMC)

设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

对于EMC这一概念,作为一门学科,可译为“电磁兼容”,而作为一个设备或系统的电磁兼容能力,可称为“电磁兼容性”。

由定义可以看出,EMC包括两个方面的含义,即设备或系统产生的电磁发射,不致影响其它设备或系统的功能;而本设备或系统的抗干扰能力,又足以使本设备或系统的功能不受其它干扰的影响。这就又引出了另外两个概念——电磁干扰和电磁敏感度。

3.电磁干扰(Electromagnetic Interference-EMI)

电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。

所谓电磁骚扰(Electmmagnetic Disturbance)是指任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或元生命物质产生损害作用的电磁现象。它可能是电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化,它可能引起设备或系统降级或损害,但不一定会形成后果。而电磁干扰则是由电磁骚扰引起的后果。电磁干扰是由干扰源、藕合通道和接收器三部分构成的。通常称作干扰的三要素。

根据干扰传播的途径,电磁干扰可分为辐射干扰和传导干扰。

辐射干扰(Radiated Interference)是通过空间并以电磁波的特性和规律传播的。但不是任何装置都能辐射电磁波的。

传导干扰(Conducted Interference)是沿着导体传播的干扰。所以传导干扰的传播要求在干扰源和接收器之间有一完整的电路连接。

4.电磁敏感度(Electmmagnetic SuseeptibilkrEMS)

在存在电磁骚扰的情况下,装置、设备或系统不能避免性能降低的能力。敏感度高,抗扰度低。其实二者是一个问题的两个方面,即从不同角度反映装置、设备或系统的抗干扰能力。以电平来表示,敏感度电平(刚刚开始出现性能降低时的电平)越小,说明敏感度越高,抗扰度就越低;而抗扰度电平越高,说明抗扰度也越高,敏感度就越低。

电磁敏感度也分为辐射敏感度和传导敏感度。

三、电磁干扰的危害

人们常说的射频干扰(Radio Frequency Interference-RFI)是指元线电广播范围的干扰。1934年在巴黎举行的国际无线电干扰特别委员会(CISPR),就是第一次开始对电磁干扰及其控制技术的世界性有组织的研究。在人类进入信息化社会的今天,电磁波作为一种资源已在OHz~400GHz宽频范围内,广泛地用于信息技术产品中,如汽车、通信、计算机、家电等产品,大量地拥人社会和家庭。伴之

而来的电磁干扰也就从甚低频到微波波段,无孔不入地辐射或传导至运行中的子设备或系统以及周围的环境。给设备或系统以及生态带来各种各样的危害。现就几个领域的电磁骚扰现象作简要介绍。

(一)信息技术设备的电磁干扰不容忽视

信息技术设备(Informatbn Technohgy Equipmem-ITE)是指用于以下目的的设备:

接收来自外部源的数据(如通过键盘、数据线输入);

对接收到的数据进行某些处理;

提供数据输出。

过去,人们往往认为,计算机是以逻辑为特征的数字系统,受自身和外来电磁干扰影响不会很大。尽管在系统设计和工程实现中,也自觉或不自觉地进行着防止和消除各种干扰的工作,然而,提到掌握和运用EMC技术上来认识和研究,其意识性还欠缺。然而,随着微电子技术的发展,计算机己朝高速度、高灵敏度、高集成和多功能方向发展,系统已是含有多种元器件和许多分系统的低压传输信息的复杂设备。高速和高密,会使系统的辐射加重,低压、高灵敏度会使系统的抗扰度降低。因此,由于电磁环境的干扰和系统内部的相互窜扰,严重地威胁着计算机和数字系统工作的稳定性、可靠性和安全性。如兼容机经常出现死机的现象就是典型一例。

(二)信息技术设备的电磁泄揭威胁着信息安全

计算机的键盘、显示屏等都会使信息辐射泄漏出去。如果泄漏的是有用信息,一旦被敌方截获,将会造成巨大损失。美国是最早利用电磁辐射泄漏获取情报和重视防信息泄漏的国家。美国曾有人在纽约做过试验,将辐射信号截获设备“数据扫描器”装在汽车上,从曼哈顿南端的贝特利公园,沿华尔街缓行,对沿途的海关大楼、联邦储备银行、世界贸易中心、市政厅、警察总局、纽约电话局以及联合国总部等单位正在工作的计算机进行辐射信号监测。惊奇地发现,纽约是一个巨大的信息库。如果截获者,对其有兴趣,便可通过放大、特征提取、解密、解码等技术或信息处理等,获得有用的情报。据资料介绍,当今的截获技术相当先进,可在1公里之内,获取清晰的屏幕图像。在通信方面,则往往是以传导波的方式泄漏和截获。因为,通信领域的信号传播方式主要是电缆、光缆和无线电波。所以,网络时代,传导形式的泄密更加严重。美国曾在20世纪70年代,一个潜水员在前苏联领海纵深内部的鄂霍次克海120米深的海底军事通信电缆上安装了一个6米长的窃听设备,它大量记录了所有经过电缆的通信信号。由于没有采取任何加密措施,而使大量军事通信情报轻易地落在了美国人手中。美国在信息泄漏的制技术方面也很高明。美国国家安全局和美国国防部从二十世纪六十年代就开始研究制定和逐步完善的防电磁泄漏标准,就是用于计算机及信息设备防信息泄漏的研究被称作Tempest技术。IBM开发的Tempest个人计算机、打印机、显示器等产品.就有明显的市场竞争力。在网络时代,信息泄漏被认为是对网络安全的最大威胁。所以,防信息泄漏已不再只是对军事领域才有意义,而在经济领域及各行各业都应引起足够的重视了。

(三)机载系统的EMI现象

我们都知道,在飞机上不允许使用笔记本电脑、手机和听CD片等。其原因就在于避免这些设备产生电磁骚扰。一旦电磁骚扰通过飞机上的电缆线藕合到机上的敏感设备,就可能形成干扰,使设备工作不稳,甚至失控。如果这些骚扰通过机舱的窗户向外辐射,使空间的电磁环境更加复杂,而机身上有大量的传感器和

数十付天线,就会因干扰而增加飞机偏离航线或造成其它事故的可能性。本来飞机设计对电磁兼容性,尤其是抗扰性的要求就是非常高的。

现代交通工具越来越多的依赖于电子系统。对车载接收、监控和定位等电子控制系统来说,如果电磁抗扰度不够,就很容易受空间电磁环境干扰而不能正常工作,甚至失控造成事故。如气囊的保护失灵、定位错误等。铁路道岔的信号自动控制,如果因电磁干扰造成误控,将会给列车的行驶带来不堪设想的灾难。

(四)微波领域的电磁干扰

卫星地面站和雷达装置都会受到诸如:特高频波段的电视信号、核电信号等干扰。如美国正在研制的新一代大功率徽波武器,其频率在l~100GHz范围,可想,强的微波辐射将会给电子设备或系统以及生物带来多么严重的破坏和杀伤。 移动电话正在我国蓬勃发展,可是它所产生的电磁干扰给持手机的人们带来许多困扰和惊恐。目前,国家尚无关于移动电话的电磁辐射卫生标准,也无手机电磁辐射测试方法的标准.但据有关部门的初步检测和分析,认为手机的电磁辐射为点频微波辐波。手机在使用过程中,其电磁辐射以手机与基站(网)取得联系时最大,第一声铃响后,辐射逐渐减小。所以,在手机接通后的最初几秒之内,最好不要马上将手机贴耳接听。因为人的大脑和眼睛对辐射是比较敏感的,以免造成伤害。当然,在通话过程中,声调的高低、声音的大小和快慢也会使辐射有所不同。另外,手机的类型不同,天线的内置或外置,其辐射都会有些差别。

(五)EMI对医疗卫生设备或系统的危害

当今,许多医疗设备都采用了先进的电子和信息技术。这些设备的抗扰度如何,直接关系到人们的生命安危。如心脏起膊器,往往就会受到来自计算机、手机等的电磁干扰,使其功能发生变化。据说,一付由生物电控制的假肢,在高压线下受到电磁干扰后人仰车翻。所以医疗设备的电磁兼容性设计尤为重要,医疗单位的电磁环境值得关注。

另外,雷电和静电放电的危害,也属电磁危害范畴,其危害的严重性是人们多有体会和认识的。

四、坚持电磁兼容设计,确保产品质量

EMC学科的建立和一系列电磁兼容标准的制定,为我们从理论与实践的结合上实现产品或系统的电磁兼容提供了指导。

EMC设计的目标是通过EMC测试和认证。

EMC设计的最终目的是为了使我们的设备或系统能在预定的电磁环境中正常、稳定的工作,并对该电磁环境中的任何事物不构成电磁骚扰,即实现电磁兼容。

EMC设计涉及的内容很多。从原理上讲,要研究

干扰的三要素(干扰源、干扰的藕合通道和接收器)和

抑制干扰措施等。从技术来说,主要是如何运用滤波、

接地和屏蔽三大技术。

电磁兼容设计的基本原则和方法,首先是根据产品设计对EMC提出的要求和相应的指标,然后,依据电磁兼容的有关标准和规范,将设计产品的电磁兼容性指标要求分解成元器件级、电路级、模块级和产品级的指标要求,再按照各级要实现的功能要求,逐级分层次的进行设计。

电磁兼容性设计应考虑的问题很多,但从根据上讲,就是如何提高设备的抗扰度和防止电磁泄漏。通常采取的措施,一方面设备或系统本身应选用互相干扰

最小的设备、电路和部件,并进行合理的布局。再就是通过接地、屏蔽及滤波技术,抑制与隔离电磁骚扰。对不同的设备或系统有不同的设计方法和措施。下面具体谈点粗浅认识。

(一)元器件的选择和电路的分析是EMC设计的基础

以计算机为例.它是以数字电路为主,以低电平传输信号的设备。所用的数字集成电路既是干扰源,又是干扰的敏感器件,以存储器为代表的MOS器件就是一个典型例子。存储器瞬间工作时能产生很大电流,加之工作频率可达百兆以上,因而易产生窜扰,造成误动作或通过公共阻抗干扰其它电路。但另一方面,MOS器件本身的抗扰性又很差。数字电路传送脉冲信号,产生的辐射频率范围很宽,如时钟产生器、高速逻辑电路等都会产生高频干扰和电磁泄漏,同时也会受通信、电视等频段的电磁骚扰。因此,在设计时要考虑选用抗干扰器件,合理确定指标和运用接地、屏蔽等技术。

(二)电珠系统的电磁兼容性设计

无论是信息技术设备还是无线电电子、电气产品都要有电源供电。电源有外电源和内电源,电源是典型的也是危害严重的电磁干扰源。如电网的冲击,尖峰电压可高达千伏以上,会给设备或系统带来毁灭性的破坏。另外,电源干线是多种干扰信号侵人设备的途径。因此,电源系统,特别是开关电源的EMC设计是部件级设计的重要环节。其措施多种多样,诸如供电电缆直接从电网总闸引出,电网引出的交流经稳压、低通滤波、电源变压器绕组间的隔离、屏蔽以及浪涌抑制和过压过流保护等。

(三)接地系统的抗干扰设计

良好的接地可以保护设备或系统的正常操作以及人身安全。可以消除各种电磁干扰和雷击等。所以接地设计是非常重要的,但也是难度较大的课题。地线的种类很多,有逻辑地、信号地、屏蔽地、保护地等。接地的方式也可分单点接地、多点接地、混合接地和悬浮地等。理想的接地面应为零电位,各接地点之间无电位差。但实际上,任何“地”或接地线都有电阻。当有电流通过时,就会产生压降,使地线上的电位不为零,两个接地点之间就会存在地电压。当电路多点接地,井有信号联系时,就将构成地环路干扰电压。因此,接地技术十分讲究,如信号接地与电源接地要分开,复杂电路采用多点接地和公共地等。

(四)印制电路板的EMC设计

元器件、电路和地线引起的骚扰都会在印制电路板上反映出来。因此,印制电路板的EMC工程设计非常关键。印制电路板的布线要合理,如采用多层板,电源线与地线靠近,时钟线、信号线与地线的臣离要近等,以减少电路工作时引起内部噪声。严格执行印制电路板的工艺标准和规范,模拟和数字电路分层布局,以达到板上各电路之间的相互兼容。

另外,值得注意的是在进行EMC设计时,一定不能忽略对静电放电(ESD)的防护。ESD防护的关键,一是防止静电核的产生和积累,再就是阻隔ESD效应的发生。阻止披电的方法和措施很多,这里不做赘述。

五、掌握并运用EMC测试技术

EMC设计与EMC测试是相辅相成的。EMC设计的好坏是要通过EMC测试来衡量的。只有在产品的EMC设计和研制的全过程中,进行EMC的相容性预测和评估,才能及早发现可能存在的电磁干扰,并采取必要的抑制和防护措施,从而确保系统的电磁兼容性。否则,当产品定型或系统建成后再发现不兼容的题,则需在人

力、物力上花很大的代价去修改设计或采用补救的措施。然而,往往难以彻底的解决问题,而给系统的使用带来许多麻烦。

EMC测试包括测试方法、测量仪器和试验场所,测试方法以各类标准为依据,测量仪器以频域为基础,试验场地是进行EMC测试的先决条件,也是衡量EMC工作水平的重要因素。EMC检测受场地的影响很大,尤其以电磁辐射发射、辐射接收与辐射敏感度的测试对场地的要求最为严格。目前,国内外常用的试验场地有:开阔场、半电波暗室、屏蔽室和横电磁波小室等。

作为EMC测试的实验室大体有两种类型:一种是经过EMC权威机构审定和质量体系认证而且具有法定测试资格的综合性设计与测试实验室。或称检测中心。它包括有进行传导干扰、传导敏感度及静电放电敏感度测试的屏蔽室,有进行辐射敏感度测试的消声屏蔽室,有用来进行辐射发射测试的开阔场地和配备齐全的测试与控制仪器设备。要建立这样一套完善的实验室需投入几百万甚至数千万元人民币。目前,国内已有数家已建成或正在投资兴建。

另一种类型就是根据本单位的实际需要和经费情况而建立的具有一定测试功能的EMC实验室。比起大型的综合实验室,这类测试实验室规模小,造价低。主要适用于预相容测试和EMC评估。也就是为了使产品在最后进行EMC认证之前,具有自测试和评估的手段。如有不足,还可充分利用社会成果,内外合作,相互比对和交流,以达节约开支,改进设计,不断提高产品的电磁兼容性之目的。 在测试仪器方面,以频谱分析仪为核心的自动检测系统,可以快捷、准确地提供EMC有关参数。新型的EMC扫描仪与频谱仪相结合,实现了电磁辐射的可视化。可对系统的单个元器件,PCB板、整机与电缆等进行全方位的三维测试,显示真实的电磁辐射状况。

EMC测试必须依据EMC标准和规范给出的测试方法进行,并以标准规定的极限值作为判据。对于预相容测试,尽管不可能保证产品通过所有项目的标准测试,但至少可以消除绝大部分的电磁干扰,从而提高产品的可信度。而且能够指出你如何改进设计、抑制EMI发射。

六、结束语

EMC作为一门多学科的高新技术,以其在质量保证体系中的重要作用而逐渐被人们所认识。坚持电磁兼容性设计,提高贯彻EMC标准的意识性。消除电磁干扰,实现电磁兼容,从根本上提高产品的质量与可靠性。

范文六:EMC电磁兼容测试

上海千测认证网提供

EMC电磁兼容测试

系统功能测试,满足现场功能需要后,进行电磁兼容EMC测试,电磁兼容测试容易出问题是静电、群脉冲、浪涌、射频场传导等。

1、静电抗扰度检测

参与了几个项目的静电抗扰度检测,对静电有一定认识。静电分为接触放电和空气放电,静电是积累的高压,当接触到设备的金属外壳时会瞬间放电,会影响到电子设备的正常工作,可能引起设备故障或重启,在安全性要求较好的场合这是不允许的。

静电会影响显示效果,可能出现显示闪烁或黑屏,影响正常显示和操作。静电还可能引起CPU工作异常,程序死机或重启。如果在产品详细设计阶段采用电磁兼容的相关设计,做静电试验不必过分担心,通过设计,对静电积累的电荷进行良好的泄放,不会影响系统的正常工作。

2、电快速瞬变脉冲群抗扰度检测

电快速瞬变脉冲群是一系列的高频高压瞬变脉冲施加在设备上,观察设备是否受到其影响。防护群脉冲主要的方法是“疏导”“堵”,“疏导”就是提供泄放回路,是干扰在进入系统之前,泄放至大地,良好的屏蔽层接地,可以泄放大部分动干扰,“堵”是使群脉冲滤除在设备之外,增加磁环,效果明显,封闭磁环的效果好于对扣磁环,也可以将磁环加入到板级中,固定在印制板中,这样使设备更可靠。

对电源绒、信号线、通讯线两端增加磁环,可以对群脉冲干扰进行防护。

3、雷击浪涌检测

雷击浪涌主要包含两个方面,一个是电源防雷,一个是信号防雷。电源防雷主要是针对系统级而言的,系统级设计要按照三级防雷设计,总电源进入端设置电源防雷(如OBO公司的V20-C/3-PH385),可以对系统的电源进行一级防护,电源经过电源防雷后,进入隔离变压器,隔离变压器可以对电磁干扰信号进行较好的防护,抑制其对系统的影响。后进入UPS,UPS可以滤除一部分干扰信号,这样电源再进入系统设备,电源是一种纯净的电源,可以使系统更好、更可靠的工作。。

现场设备

信号防雷是对系统的信号通路进行防护,主要涉及的是板级设计,在板级设计中增加防雷器件,如气体放电管,增加TVS泄放回路,当有大电流时通过配套电阻和TVS、气体放电管泄放,对后级电路起到保护作用。而后信号进行光电隔离,再进入系统,系统可以采集到一个稳定的信号,使系统正常分析判断,正常发出指令,正常工作。另一方面就是设计较宽的信号范围,信号正常波动时,系统正常工作。

4、射频场感应传导的抗扰度检测

射感试验可能会对显示信号、采集驱动等造成影响,可能使显示闪烁或黑屏,影响设备操作,可能使采集驱动工作异常,采集不到需要的信号,无法驱动现场设备。

射频试验是0.15k~80M频率范围内对信号线、电源进行干扰,3级强度是IOV/Ⅲ。射感防护的原则是将电源、信号线的屏蔽做好,屏蔽层良好接地,选择合适频率进行滤波,将干扰滤除。

5、辐射发射检测、射频场辐射抗扰度检测

该测试主要是测试系统的抗射频信号及整体屏蔽性能,只要系统做好良好的屏蔽,系统地线接地良好,系统就可以通过检测。

通过相关电磁兼容测试,产品就可以推向市场,进行试运行了,对试运行中出现的问题,进行汇总,以备产品的改进, 电子产品满足相关的电磁兼容测试标准,通过测试,才可以推向市场,用户才能放心使用,极大地减小因电磁干扰发生的事故,对企业的效益、产品的推广起到积极的作用。

范文七:EMC电磁兼容测试

EMC(电磁兼容)测试

作为专业化的日用电器EMC检测中心,具备按GB、IEC、EN、FCC标准进行EMC检测能力,满足按欧共体CE标志所要求的EMC测试、EMC评估与培训。

国家日用电器质量监督检验中心(以下简称"我中心")EMC试验室被授权承担EMC认证和检验等工作,可为企业提供EMC认证服务。同时,我中心EMC实验室也获德国认证机构和挪威认证机构的授权,可同时提供欧洲CE认证等服务。我中心将本着公正、独立、优质、快捷的方针为广大企业提供检验与认证服务。

国家日用电器质量监督检验中心EMC实验室简介

国家日用电器质量监督检验中心(以下简称"我中心")EMC实验室始建于1975年,目前已得到国内外多个认可与认证机构的认可与授权,如:国家实验室认可委员会、国家出入境检验检疫局、中国电磁兼容认证中心、中国电工产品认证委员会和中国环境标志认证中心。1997年得到挪威认证机构NEMKO的授权;1998年得到德国认证机构TüV RHEINLAND的授权。我中心的EMC测试报告不仅在国内具有权威地位,还得到欧洲、澳洲国家的认可。近几年,我中心为国内众多企业的产品出口、特别是为国内一些著名的家电生产企业的产品出口进行过CE认证,得到国内生产企业与国外销售商的信任与好评。

同时我中心还是国际CB实验室,出具的CB测试报告能得到30多个国家的认证机构的认可。企业在我中心进行检验,可以达到进行一次检验、获得多种证书的方便、简捷的目的。

为您提供全方位的EMC服务:

 家用电器产品电磁兼容认证检测

     

全权委托、目击委托检测 委托方的研究检测、整改检测 认证、认可和仲裁检测 EMC测试设备比对试验 EMC标准和测试方法的培训 EMC符合性证书、EMC和CE标志的检测

测试能力:

电磁发射测量: ——骚扰电压 ——骚扰功率 ——辐射电场 ——低频辐射磁场

抗扰度测量:

——静电放电(ESD)抗扰度 ——辐射电磁场抗扰度

——电快速瞬变/脉冲群(EFT/B)抗扰度

——微波辐射(1GHz以 ——浪涌(雷击)抗扰度 上)

——喀呖声(Click) ——谐波电流 ——电压波动和闪烁

——注入电流(辐射场感应传导)抗扰度

——工频磁场抗扰度

——电压暂压断时中断抗扰度

测试标准:

测试产品:

信息技术设备:计算机、显示器、打印机、复印机、UPS电源、扫描仪、调制解调器、驱动器等

电热器具:电饭煲、电熨斗、面包机、微波炉、电磁炉等 制冷器具:空调器、电冰箱、冷柜等

电动器具:洗衣机、电风扇、电吹风、食物搅拌器、吸尘器等 压缩机

电器附件:电子开关、控制器等

照明电器:灯具、电子镇流器、电子变压器等 仪器仪表 医疗器械

娱乐电器:电动玩具等 电动工具 舞台灯光设备 其它电子设备

返回目录页

范文八:电磁兼容性测试

电磁兼容性测试

电磁兼容标准,要求电子电机设备相关产品必须符合辐射干扰与传导干扰发射规格,以及辐射耐受性与传导耐受性规格。国内各类电子企业为使产品达到国际EMC 要求,促使EMC 测试场地快速成长,大型企业都趋向自行筹建EMC 实验室。为了验证电子电机设备EMC 设计是否良好,必须在研发之整个过程中,对各种电磁干扰源之发射干扰、传输特性及受干扰设备能否负荷耐受性测试,验证设备是否符合相关电磁兼容性标准和规范;找出设备设计及生产过程中,在EMC 方面之盲点。在客户安装和使用设备时,提供了既真实又有效之数据,因此,EMC 测试是EMC 设计所不可或缺之重要环节。本文将针对EMC 测试最新之军规、商规、车辆规范等作一比较分析测试方法差异及相关经验。

电磁兼容性测试包含电磁干扰测试(EMI)及电磁耐受性测试(EMS)。由于电磁兼容性测试种类太多,实在无法逐一详细说明,本文就表1及表2摘要列举了几个典型EMC 测试标准和规范(含常见美军军规、欧美商规及车辆用EMC 标准),在不同频率范围中之测试项目,从军规EMC 标准之演变,就可观察到欧美商规EMC 标准之趋势。近年来,车辆工业界面对二十一世纪车辆设计新颖要求,纷纷成立车辆研发中心,由于国内主要汽车制造厂均需符合相关车辆用EMC 标准和规范,因此更需了解比较车辆EMC 设计与测试验证之方法。此二表中CE 表示可以传导发射(Conducted Emission),CS 表示传导耐受性(Conducted usceptibility),RE 表示辐射发射(Radiated Emission),RS 表示辐射耐受性(Radiated Susceptibility)。一般电磁干扰(EMI,包括CE 及RE)测试主要内容有:电子电机产品和设备在各种电磁杂讯环境中之传导干扰和辐射干扰发射量之测试(例如电子电机设备之交换式电源之脉冲干扰和连续干扰)及各种讯号传输时,干扰传递特性之测试(例如如各种传输线之传输特性和屏蔽效果)。

而电磁耐受性(EMS,包括CS 及RS)测试主要内容则有:

1.对电场、磁场之辐射耐受性测试

2.对电源线、控制线、讯号线、地线等注入干扰之传导耐受性测试

3.对静电放电和各种暂态电磁波(突波或电性快速暂态)之耐受性测试

范文九:电磁兼容抗扰度试验的探讨

【摘要】电磁兼容性测试是对设备在电磁环境中不对其他设备产生电磁干扰、并能符合要求运行的能力进行测试。文章介绍了电磁兼容抗扰度试验主要针对的内容和项目,对影响电磁兼容的因素进行分析,总结了电磁兼容抗扰度试验的重要作用,对提高电子、电气产品的电磁兼容度提了一些建议。

【关键词】电磁兼容;抗扰度;试验

Abstract:the electromagnetic compatibility test is the electromagnetic interference,the equipment in the electromagnetic environment and not other equipment can meet the requirements to run ability test. This paper introduces the EMC immunity test for content and project,the influence factors on the electromagnetic compatibility analysis,summarized the important role of EMC immunity test,to improve the compatibility degree advice electromagnetic and electronic,electrical products.

Abstract:EMC;immunity;test

引言

电磁兼容Electromagnetic Compatibi-lity(EMC),也叫电磁兼容性,一般包含两部分。一是设备或系统对同一环境下的其他设备的电磁干扰不会降低本设备或系统的性能,它考察的是电气设备在有电磁干扰环境中的耐受性。二是设备或系统不会干扰同一环境下的其他设备,导致其性能降低,考察电气设备本身所释放的电磁干扰量[1]。当前,对电磁兼容抗扰度的测试,主要是测试它的耐受性,考察电气设备的抗干扰能力,以保证设备在复杂条件下的正常运行。电磁兼容抗扰度试验所依据的标准为国家在2003年制定的GB/T17626(idt IEC61000-4)。

1.EMC抗扰度试验概况

电磁兼容抗扰度试验的种类比较多,针对不同的电磁环境和电气设备(或系统)所采用的试验方法也不一样,当前主要的电磁兼容抗扰度试验的方法有浪涌抗扰度试验、电快速瞬变脉冲群抗扰度试验、电压变化抗扰度试验、射频电磁场辐射抗扰度试验、静电放电抗扰度试验等[2]。对电气设备进行电磁兼容抗扰度试验的目的是确认电气设备在实际环境中受其他设备的电磁干扰性是否强烈,能否正常工作,耐受性如何。

一般而言,电磁兼容抗扰度试验要做到以下几点:

一是设备在接受试验时,应当处于实际使用状态,安装状态、接地状态和外部连接设备都应处于实际使用状态。

二是设置被测试设备的最坏状态,在设备处于最敏感状态时对之进行抗扰度实验,以检验其耐受性。

三是在对设备进行电磁兼容抗扰度试验时,要考虑设备的出厂标准。

2.电磁兼容抗扰度试验项目

2.1 浪涌抗扰度试验

涌浪抗扰度试验针对的是设备在雷电环境下的电磁兼容抗扰度问题。在雷电环境下,电力设备的输电线路上一般存在的电压比较高,这种电压会产生一个电磁场,对电源线和电缆线都会产生一定程度的干扰。浪涌抗扰度试验就是模拟雷电环境下,对电气设备的抗扰性做出测试。在试验中,核心装置浪涌发生器会产生不同的波形,针对线路在开路、短路两种状态,分别模拟了开路时的电压波形和短路时的电流波形。电压波形主要检测设备线路外端的绝缘状况,电流波形则是检测浪涌防护器能承受的最大冲击力。

2.2 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

这种试验主要是针对电感性负载在电路开闭是对电网的影响状况。电快速瞬变脉冲群抗扰度试验通过模拟真实环境中的电感性负载,来判断电气设备的接通和断开对电网产生的干扰。

试验的主要内容有:

一是电源线试验,在设备通电或断电的瞬间,测试通过电源线的瞬时电压和电流大小,判断这种电磁脉冲对电网的干扰;

二是信号电缆试验,通过测试由电源线上的干扰磁场,从而判定这种磁场对信号电缆的干扰。

2.3 静电放电抗扰度试验

这个干扰实验主要针对的是人的因素。人在接触电气设备时,由于本身携带着电压静电,这种电压静电会产生电磁场,对设备的稳定性也会产生干扰。静电放电抗扰度试验就是通过相关设备,模拟人体在接触其他物品时产生的的静电,在接触中对被测试的电气设备产生的影响。通过这个试验来判定设备的抗静电干扰性能。在静电放电抗扰度试验中,由于人的操作方式和实验位置对整个实验结果的影响很大,因而一定要规范操作,采用必要的措施减小静电。

2.4 射频电磁场辐射抗扰度试验

射频电磁场辐射干扰主要是针对外界的电磁干扰。这种试验的目的是检验外界存在的电磁干扰对电气设备运行的影响,确定电气设备的抗外界干扰能力。来自外界的干扰有多方面,如目前普及率极高的手机、一些场合和工作要用到的对讲机、卫星电话等等,都会产生电磁场,对附近的电气设备产生干扰。因而这种试验比较容易操作,即在被试验的电气设备附近使用手机,通过接好的监控仪器对产生的干扰进行量化,从而判定干扰程度。

3.影响电磁兼容抗扰度的原因及解决措施

3.1 浪涌抗扰度试验失败原因及解决措施

失败原因:

在浪涌抗扰度试验中,许多因素都会影响实验的成败,主要原因有:

一是浪涌脉冲脉宽较宽,上升时间长,频率较低,以传导为主要方式对电路形成干扰。   二是差模电压幅度较大。

在试验中,过高的差模电压幅度会击穿电路器件,导致输入器件遭到损坏,或是线路的绝缘装置损坏,从而导致器件的阻抗减少,器件过热损坏。

解决措施:

要解决这种问题主要是对浪涌能量进行控制,即通过限制器对浪涌脉宽进行限制,这种限制可以起到增加正常电压下阻抗的作用,当浪涌电压升高时,限制器还可以旁路掉浪涌能量,减小浪涌阻抗,从而保护浪涌试验装置。

3.2 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验失败原因及解决措施

失败原因:导致电快速瞬变脉冲群抗扰度试验失败的主要原因包括以下几点:

一是当这种瞬时电流和电压产生时,它通过电源线会对电源线形成压力,造成电源线的噪声电压变大;

二是这种存在于电源线的电磁场会以一种能量的形式散发,而这种能量容易被附近的通信电缆线所吸附,从而对通信电缆线也产生了影响;

三是干扰信号能在电缆线上产生二次辐射,这种辐射能量对电路会继续形成干扰。解决措施:在电源线上,可以通过在电源线入口处安装滤波器来减小电源线对试验的干扰,还可以通过制作电磁阻挡设备的方法,阻止电磁干扰对设备的破坏。

在信号电缆上,针对不同的状况,采用安装扼流圈的方法,对信号线进行屏蔽以达到减少干扰之效果。针对敏感电路区域,可以采用金属包裹的方式屏蔽掉干扰。

3.3 静电放电抗扰度试验失败原因及解决措施

失败原因:

静电电流进入电路直接形成干扰,静电电流通过耦合进入,也可形成干扰,同时,静电电流能够在机箱上形成电位差,影响地线,机箱本身可能存在二次干扰。

解决措施:

一是采用屏蔽机箱的方式,采用完整的屏蔽机箱,使得静电耦合进入的可能性不复存在;

二是在机箱使用时注意安装位置,避免二次干扰。

3.4 射频电磁场辐射抗扰度试验失败原因及解决措施

失败原因:

一是射频电磁场辐射通过耦合的方式直接进入电路,产生差模电压影响电路的电磁稳定;

二是通过外拖电缆直接或间接进入,不仅形成差模电压,还会形成二次辐射。

解决措施:

一是在电缆和电路连接处套上磁环,根据干扰的程度进行调整,同时在此处使用共模滤波电容;

二是使用平衡点路传输,缩短导线长度,增加导线宽以减小差模电压。

4.结束语

电磁兼容抗扰度试验是检验电气设备在实际环境中抗电磁干扰能力的直接依据,通过仿真模拟,能够较为准确地判定个电气设备或系统的抗干扰性。这种方法在电力企业或其他企业的应用,能够帮助企业准确判断电气设备的运行状况,保证整个设备的稳定运行[3]。同时应当注意的是,电磁兼容抗扰度试验中有许多影响实验成败的因素,因此在试验中要控制影响因素,积极采取措施,保证试验的成功。让试验发挥其应有的作用。

参考文献

[1]张朝华,董毅儒,吕惠政.电磁兼容抗扰度试验中试验设备的安全问题[J].专题研究,2010(5):36-38.

[2]韩智,傅士冀,傅军,张名.电磁兼容抗扰度试验及作用[J].湖北电力,2012,26(5):103-104.

[3]杨继深.电磁兼容技术之产品研发与认证[J].电子工业,2009(10):24-25.

范文十:汽车电磁兼容试验室规划与工艺设计

摘要:随着汽车电子化技术的发展,电磁兼容问题成为影响汽车操纵、控制和安全等性能的重要因素。本文阐述了建设汽车电磁兼容试验室的规划,并介绍了在电波暗室、转台转毂、空调及土建各方面的工艺设计参数。

关键词:汽车;电磁兼容;试验室;测试;工艺

中图分类号:TB53 文献标志码: A 文章编号:1005-2550(2013)04-0042-06

1 前言

随着电子技术的飞速发展,在汽车上越来越多地应用操纵、控制、安全、娱乐、显示等各种功能的汽车电子/电器零部件(ESA)。使用ECU/TCU等微处理器、电子传感器和电动执行机构取代传统的机械装置已成为汽车工业技术发展的趋势。目前,电子/电器零部件的成本已占汽车总成本的30%以上。一方面,ESA不断增多;与此同时,ESA的工作频率(如车载雷达、GPS、蓝牙)和发射功率也在逐步提高和增大。

ESA与传统的机械装置存在的根本不同在于ESA存在电磁兼容问题。汽车本身作为一个集成的电磁环境和平台,各ESA之间的电磁兼容性能,直接影响到ESA的工作情况,而涉及操纵、控制和安全的ESA是否正常工作,更是直接关乎汽车的安全性能。同时整车及ESA在周围有强电磁场(如雷达站、高压线、广电发射台和手机基站)的环境下不能受到干扰,而且不能干扰周围其它车辆和电气设备的正常工作。这些因素导致电磁干扰和抗扰问题日益突出,带来了大量的汽车电磁兼容问题。

目前的电磁兼容理论的仿真和分析尚不成熟,最终还是需要通过电磁兼容测试来对汽车的电磁兼容性能进行试验验证。

2 汽车电磁兼容标准

目前国际上主要的汽车整车和零部件电磁兼容标准包括国际标准(如ISO、IEC/CISPR)、国家标准(如欧盟指令及法规、美国SAE、日本JASO等体系)和企业标准。我国的汽车电磁兼容标准主要是等效采用的各种国际标准和欧洲标准。此外,军用汽车及装备还应满足GJB(等效采用美国军标MIL-STD)的相关要求。主要汽车电磁兼容标准如表1所示。

除了上述国际、国家标准外,大型汽车企业如福特、通用、大众、PSA、菲亚特等均制定有各自的企业标准,通常称为OEM标准。OEM标准往往比相应的国际标准更为严格。

3 试验室规划

对汽车整车和零部件,由于背景噪声低的开阔场已很难寻觅,而且抗扰度试验会对外界环境产生危害性场强,此外试验检测需要全天候工作,因此需要建设汽车电磁兼容试验室,用于真实地模拟各种复杂的汽车电磁兼容环境,为整车和零部件的电磁兼容认证和研发、改进服务。

汽车电磁兼容试验室投资巨大、建设周期较长(约2年),因此需要充分研究国内外相关标准和测试方法及其发展趋势,而项目的规划建设应适度超前,不致出现试验室还未建成即落后的情况。

试验室规划时,首先需要考虑试验对象及其尺寸、试验类型、试验级别等,并考虑项目预算情况,合理选择试验室的建设规模及资源配置,并需要考虑今后的扩展升级能力。对于汽车整车试验,需要至少涵盖M1/M2/M3、N1/N2/N3各种车型,试验频率覆盖9 kHz~18 GHz,抗扰度试验电平至少达到ECE R10所要求的20 MHz~2 Ghz频率范围和30 V/m试验场强。

新能源汽车的电磁兼容测试需求,是进行试验室规划必须考虑的重要因素。传统汽车的电磁兼容性能,在不同转速、车速等工况下的差别不大,还可以不配置转毂或配置被动转毂进行试验。而电动和混合动力汽车,在不同负载下的电磁兼容性能有显著区别[1]。这主要是由于电动机在不同负载下的dI/dt、dV/dt的巨大差别所导致的。因此,配备主动式转毂已成为新能源汽车测试的必要条件。

汽车电磁兼容试验室主要由电波暗室、转台转毂、测试设备、空调、土建及公用动力等各系统构成。

电波暗室包括整车半电波暗室、零部件半电波暗室、零部件测试室、转毂室、功放室、控制室等,为汽车电磁兼容试验提供必要的试验环境。为模拟电磁波在地面上的传播规律,整车和零部件的暗室均为半电波暗室。

转台用于测量汽车不同方向的辐射发射,转毂用于模拟汽车行驶工况,包括加减速、滑行、制动等,并可施加预设的道路阻力。

测试设备用于进行EMI、EMS、ESD、瞬态等各种试验项目的程控自动化测试。

空调为电磁兼容提供必要的通风、温湿度控制、汽车尾气的排出等。

4 工艺设计

4.1 电波暗室

电波暗室是汽车整车和零部件试验的主要场地,由屏蔽体、吸波材料和附属设施组成,其中吸波材料的特性至关重要。电波暗室的吸波材料有聚氨酯泡沫型、空心高功率型、薄膜型、复合型等四种[2]。吸波材料的形状被设计成使其阻抗与自由波阻抗相匹配。而吸波材料的有效长度与暗室最低使用频率的四分之一波长相对应。使用不同吸波材料、不同厂商所设计出来的暗室尺寸差别较大,应在电波暗室供应商确定后,再进行母体建筑具体参数的设计。

在暗室施工过程中,即使是薄膜型吸波材料,也会涉及到粘接工艺,会包含一定的甲醛成份。而且一些吸波材料本身也会释放有毒有害物质,在招标文件中可规定室内空气质量的要求作为验收文件的一部分。

如果使用复合吸波材料,需要特别注意的是:铁氧体瓦之间的缝隙大小对吸收性能影响极大,现场安装工艺对低频性能影响非常大。由于汽车需要进行高场强的抗扰度试验,吸波材料将电磁能转化为热能消耗掉,故吸波材料工作时会产生热量,需要高度关注吸波材料的阻燃性能。吸波材料的阻燃特性至少在B2级以上;暗室照明光源附近的吸波材料环境温度较高,阻燃特性应达到B1级以上。

需要在电波暗室内安装试验室标识logo的,最好能在招标技术文件中明确由暗室供应商在设计时一并考虑并负责安装,暗室完工后再行安装比较麻烦,特别是对薄膜型吸波材料。   整车电波暗室的辐射发射试验(GB14023)对应的下限检测频率是30 MHz(对应波长10 m),距点源大于1个波长可作为远场[3],则所有测试均符合远场测试的要求,而3 m法、5 m法都有部分频段为近场测试。所以,整车电波暗室应选用10米法半电波暗室。

零部件电波暗室目前有CISPR 25暗室、3 m法暗室两种类型。目前,CISPR 25标准已发布第4版草案,给出了150kHz~1GHz场地确认的方法:参考场地法和长线天线法。根据国外现有试验结果,3 m法暗室基本能够符合草案要求,而CISPR 25暗室存在一定比例不符合草案要求。如果经费允许,尽量选用3米法暗室。零部件暗室的测试桌宜采取水平接地的方式,防止暗室地面和棒天线的接地平面之间由于容性耦合而形成的谐振。如果要进行新能源汽车高压部件的测试,还需在零部件暗室中增加高电压、大电流的滤波器,并增大测试桌的尺寸。

电波暗室试验频次较高的天线塔(如整车EMI天线塔),宜采用电动高度调节和极化转换方式。由于供气压力的原因和气动阀的特性,气动方式在启停过程中冲击较大,会造成天线的早期损坏。天线塔应适合所用天线的重量,并带配重块和所使用天线相应的固定适配器。很多暗室供应商提供的天线塔是外包生产的,有些制造商并不了解试验要求,存在着伺服电机背景噪声超标、复合天线的振子之间或后方的部件(如固定螺钉)使用金属等问题。

电波暗室中接口板的数量、类型要事先在合同中规定,相应规格需和测试设备供应商详细协商确定。特别是控制室与转毂室、控制室与功放室之间,需要预留足够数量的光纤接口(包括GPIB光纤)和射频接口,以便进行转毂和功放的控制和射频连接。

暗室中的光纤都应预埋在高架地板之下,经常移动的光纤,如天线塔的光纤,尽量选用强度高的塑料光纤。相当固定的光纤,可选用传输效率高的玻璃丝光纤。暗室内要事先在高架地板内布置线缆通道,通道在转弯处需使用135?钝角过渡,避免直角转弯,通道端头的四周使用软橡胶等防护措施,通道内放置电缆拉索。

需要在在屏蔽体建造完毕之后,安装铁氧体和吸波材料之前,先由暗室供应商进行初试检漏,然后再请计量机构进行屏蔽性能的测试。测试位置应选在屏蔽性能相对薄弱的位置,例如门缝、信号接口板、波导窗、滤波器等。测试时需特别注意低频磁场和高频微波点的结果。涉及高电压应用的零部件暗室,必须进行电场的屏蔽效能测试,需要提前与计量单位联系并支付额外的计量费用。

4.2 转台转毂

汽车电磁兼容试验室为模拟汽车行驶工况需要配置转毂,转毂嵌入在转台之中。因此,转台都是由转毂供应商集成提供。转台四周与暗室的过渡区和接口需要双方进行协商确定。一般要求过渡区是正八边形的形状,圆形过渡会导致暗室施工困难。转台表面与电波暗室地面之间通过导电的电磁兼容性密封件来连接,其导电电阻小于0.5 Ω,间隙为5 mm。

为实现汽车ABS/TCS等工况下的电磁兼容性能测试,4×4独立驱动转毂是必要的(为满足现有标准中的行驶工况,最低限度也需要配备被动式转毂)。为满足电磁兼容试验极低的背景噪声和高试验场强的要求,需要配备为电磁兼容试验所特殊设计的使用直流测功机的转毂。直流电机通过非金属轴与滚筒连接,或者通过采取两端使用接地铜刷的金属轴与滚筒相连,目的是阻隔电机和滚筒之间的辐射影响。

为实现汽车轴距的调节,在轴距范围内使用可移动式履带,各节履带之间有衬垫连接,保证转台的电连续性。使用绝对位移传感器记录转台角度和轴距,并保证断电也不会丢失数据,以防止停电后再上电时转台和轴距调整装置意外移动,损伤车辆。

转台内配备迎面风系统,提供抗扰度扫频试验过程中的车辆冷却。带汽车尾气收集装置,尾排管采用绝缘材料,并能耐受600 ℃以上的高温。

抗扰度试验过程中,车辆内部有危害性高试验场强,为控制车辆运行,需要配备气动驾驶机器人,操作离合器、变速器、油门踏板、点火开关等。还需要气动按钮执行器对车内敏感设备进行操作。

4.3 空调

功放室的试验环境是汽车电磁兼容试验室中最为重要的试验环境。有必要在功放室增加温度监控,防止空调故障导致价值昂贵的功放损坏。功放室空调设计时还须考虑到汽车带状线测试所需要的10 kW(10 k~220 MHz)功放的散热问题,目前该类功放产品已从水冷散热(如AR的L系列)向风冷散热(如AR的A225系列)转化,需要考虑因此带来的空调选型设计问题。

空调风管与暗室的通风波导之间连接时,必须使用防火绝缘型软连接方式,以防止通过空调管道引入电磁骚扰。

整车电波暗室中的主要热源为发动机的散热及轮胎与转毂摩擦转化的热烈。空调系统采用下送风上回风的方式,送风口在高架地板之内和转毂室,其结构如图5。

4.4 土建及公用动力

电波暗室最忌进水和灰尘。土建设计尽量采用钢筋混凝土结构,而不要使用钢构型式,前者的防雨、隔音和保温性能更好而且不需每年进行保养。

对土建的要求除根据工艺要求的承载外,需要考虑到电波暗室地面的平整度不超过5 mm/5 m,而且不允许有累计误差、地面不得朝某个方向倾斜。土建需要提供接地电阻0.5 Ω的接地铜带给暗室接地,可使用四线探棒法通过电桥测试。试验室配电采用3相5线制,每相的负载尽可能平均分配,电波暗室滤波器的进线端之前不能安装漏电保护开关。

汽车电磁兼容试验室一般将转毂室、功放室都放置在地下一层。在南方地区,尽管采取多种防潮措施,夏秋两季地下室的潮气很难避免。地下室可采用通透结构,而且在暗室施工前在地下室配备足够容量的除湿机非常必要。

电波暗室的滑动门、转毂的刹车系统需要使用压缩空气,需要配备足够容量的气源和冷干机等过滤装置。

4.5 项目协调

汽车电磁兼容实验室的建设是一个复杂的系统工程。涉及面到包括测试设备在内的各个供应商。各方在工艺、实施进度等各方面的配合、协调是项目正常开展的必要条件。其中,电波暗室与土建、电波暗室与测试设备、电波暗室与转台转毂之间的接口是最重要的。

业主方要根据项目的实施情况,在合适的阶段牵头召集各方进行项目的工艺、进度、接口的协调会,明确各方的职责和要求,是项目建设推进的必要条件。项目协调会需要召开多次,尤其是对专业经验欠缺的土建设计方和施工方来说,可从其他各方的经验中得到启发,且有效避免推诿、扯皮现象。

5 性能测试

国家汽车质量监督检验中心(襄阳)自2008年底启动建设汽车电磁兼容试验室,于2010年7月完成了电波暗室屏蔽效能的测试,同年12月经奥地利Seiberdorf试验室完成场均匀性测试、场地电压驻波比的测试,2011年4月由中国计量院进行了场均匀性测试和背景噪声测试。相关测试结果如表2。

后经试验室自行测试,30 MHz以下的磁场和电场背景噪声也低于GB/T 18387-2008限值线10 dB。

其后,又陆续建成了汽车整车及零部件EMI测试系统、零部件EMS测试系统、零部件传导及BCI屏蔽室、整车EMS测试系统等,全面形成了汽车电磁兼容试验能力。

6 结束语

本文是对汽车电磁兼容试验室建设及工艺设计过程中相关经验和教训的一些总结,期冀对汽车电磁兼容试验室的建设者有所裨益。

汽车电磁兼容试验室的建设,形成了汽车电磁兼容试验研究的环境及试验条件,对于提升汽车电磁兼容性能,特别是电子电器产品的质量和可靠性,具有非常重要的现实意义。

参考文献:

[1] SAE J551-5-2012. Performance Levels and Methods of Measurement of Magnetic and Electric Field Strength from Electric Vehicles, 150 kHz to 30 MHz[S].2012.

[2] 高攸刚,张苏慧. 5米法电波暗室[J]. 安全与电磁兼容, 2003(2): 30-31.

[3] F.W. Trautnitz. 暗室吸波材料的进展与场地电压驻波比验证方法[J]. 安全与电磁兼容, 2008(4): 45-48.

[4] GB 50019-2003 采暖通风与空气调节设计规范[S]. 北京:中国计划出版社,2003.