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可靠性试验之“EMI试验”

嘉峪检测网        2019-02-13 15:43

本文主要介绍EMC系列试验中的EMI试验,EMI试验主要包括RE、CE、Harmonics、Flicker四种,实际使用中最常用的是RE和CE,本文就针对RE和CE进行详细介绍,主要包括试验目的、标准、设备、方法、试验结果及判定。

 
1、RE
Radiated Emission辐射发射,也叫辐射骚扰Radiated Disturbance。

 

1.1、测试目的

辐射发射(Radiated Emission)测试,是测量EUT通过空间传播的辐射骚扰场强(被测试设备及其组件对同一环境中其他设备的影响)。可以分为磁场辐射、电场辐射。

 

1.2、测试标准

常见的EMI测试标准主要包括CISPR和EN两个系列,GB主要就是翻译CISPR/EN,具体如下:

  • CISPR 11(GB4824):Industrial, Scientific and Medical (ISM) Equipment—Radio-Frequency Disturbance Characteristics—Limits and Methods of Measurement. 工业、科学和医疗(ISM)设备和电火花腐蚀设备的电磁骚扰特性的限值和测量方发法。

  • CISPR 12(GB14023):Vehicles, boats and internal combustion engines—Radio disturbance characteristics—Limits and methods ofmeasurement for the protection of off-board receivers. 整车及汽车零部件的电磁骚扰特性的限值和测量方发法。

  • CISPR 13: Sound andtelevision broadcast receivers and associated equipment—Radio disturbance characteristics—Limits and methods of measurement广电类产品的电磁骚扰检测。

  • CISPR 14-1(GB4343.3):Electromagnetic compatibility—Requirements for household appliances, electric tools and similar apparatus—Part 1: Emission. 家用电器、电动玩具、电动工具以及类似电器的电磁兼容特性的限值和测量方发法。

  • CISPR 15(GB17743):Limits and methods of measurement of radio disturbance characteristics of Electrical lighting and similar equipment. 灯具类产品的电磁骚扰特性的限值和测量方发法。

  • CISPR 22(GB 9254): Information Technology Equipment—Radio Disturbance Characteristics—Limits and Methods of Measurement. 信息技术类产品(如通信类、IT类产品等)的电磁骚扰特性的限值和测量方发法。

  • CISPR 25(GB18655):Vehicles, boats and internal combustion engines—Radio disturbance characteristics—Limits and methods of measurement for the protection of on-board receivers. 保护各种接收机不受来自于汽车整车及零部件的电磁骚扰特性的限值和测量方发法。

  • IEC/EN 61000-6-3:RE

  • IEC/EN 61000-6-4:CE

  • IEC/EN 61000-3-2:(额定电流小于16A)Harmonics

     

  • IEC/EN 61000-3-3:(≤16A):Flicker

  • IEC 61000-3-4:(额定电流大于16A)

  • IEC/EN 61000-3-12:(额定电流大于16A小于75A)

     

CISPR和EN最大的差別是CISPR会先出版,然后欧盟在小组开会讨论过后,再决定是否引用CISPR的标准。

IEC和EN的区别如下:IEC一个是国际性的标准组织(采用英法两种文字发行标准),EN一个是区域性(欧洲部分国家)的标准组织。目前的EN版本较多:EN(欧盟自己发行的)、BS EN(英国转化的)、DIN EN (德国转化的)、NF EN(法国转化的),但在中国由于英语最为常见,所以最常见的就是BS EN。

 

1.3、测试设备

RE测试相关的设备如下:

  • 电场辐射:接收机(1G以下)、频谱仪(1G以上)、电波暗室、天线(1G以下一般用双锥和对数周期的组合或用宽带复合天线,1G以上用喇叭天线);

  • 磁场辐射:接收机、三环天线或单小环远天线;

  • 骚扰功率:接收机、功率吸收钳。

  • 接收机遵循CISPR16-1-1的要求,天线、场地遵循CISPR16-1-4的要求,吸收钳遵循CISPR16-1-3的要求。

 

1.4、测试方法

在RE测试中,天线的高度、天线的极化方向以及转台的角度都需要不断改变,以搜寻到设备辐射的最大点。RE测试可以在开阔场、半电波暗室、屏蔽室内进行。被测设备置于半电波暗室内,并在转台上旋转,以找到最大的辐射点。辐射信号由接收天线接收后,通过电缆传到电波暗室外的接收机。

 

可靠性试验之“EMI试验”

可靠性试验之“EMI试验”

 

测试设备的布置如下:

  • 电场辐射:分台式与落地式,因为辐射发射结果与产品布置的关系尤为密切,因此需要严格按照标准布置包括产品、辅助设备、所有电缆在内的受试样品;

  • 磁场辐射:不同尺寸的三环天线对能够测试的EUT最大尺寸是有限制的,以2m直径的环形三环天线为例,长度小于1.6m的EUT能够放在三环天线中心测试;在CISPR11中,超过1.6m的电磁炉用0.6m直径的单环远天线在3m外测量,最低高度1m;

  • 骚扰功率:分台式与落地式,台式设备放在0.8m的非金属桌子上,离其他金属物体至少0.8m(通常是屏蔽室的金属内墙,这个距离要求在CISPR14-1中是至少0.4m);落地式设备放在0.1m的非金属支撑上;被测线缆(LUT)布置在高0.8m、长6m的功率吸收钳导轨上,吸收钳套在线缆上,电流互感器端朝向被测设备。如果被测设备有其他线缆,在不影响功能的情况下能断开的断开,不能断开的用铁氧体吸收钳隔离。

 

不同测试的测试频段也不一样,具体要求为:电场辐射一般是30MHz-1GHz(有些产品需要测超过1G,根据具体标准的规定),磁场9kHz-30MHz,骚扰功率30-300MHz。

测试限值随不同标准,场地是3m、10m或其他尺寸,不同的产品分类(Group1/2, Class A/B)限值也不同。

整个测试过程如下:

  • 30MHz-1GHz电场辐射:在半电波暗室中进行,EUT随转台360度转动,天线在1-4m高度上下升降,寻找辐射最大值。结果用QP值表示。垂直、水平两种天线极化方向都测;

  • 大于1G的电场辐射:工作频率超过108MHz的ITE设备、超过400MHz的ISM设备需要测试,是在3m场地,使用频谱仪测。ITE设备测试方法基本同30MHz-1GHz,结果用Peak与AV值表示。ISM的产品有点不同,需要在全电波暗室中测,天线同产品同高度,不升降,转台仍然转动以寻找辐射最大值;

  • 替代法:采用ERP(有效发射功率)来代替,再换算成场强数值。这个在RF测试中经常用到,常规EMC很少使用。替代法测试的目的是测试EUT的壳体辐射,需要拆除所有可拆卸电缆,不可拆卸的电缆上套铁氧体磁环。首先用天线A和接收机测量出EUT的最大骚扰值,然后用天线B替代EUT,调节信号发生器输出功率,直至测量接收机达到同样的值。记录替代天线B的输入端功率,即为EUT的壳体辐射功率。天线的选则根据测试频率来定;

  • 磁场辐射:采用三环天线的磁场辐射测试,样品放置在天线中心,X/Y/Z三个方向各测一组磁场辐射的结果。采用单小环天线时,天线垂直地面放置,最低部分高于地面1m,因为是近场测量,又考虑到了地面的反射,测量所得的值反映了EUT的水平和垂直的磁场分量;

  • 骚扰功率:对设备的所有长度超过25cm的电缆(也包括辅助设备的线缆)都需进行。因为在30-300MHz内不同频点的骚扰在被测线缆中呈驻波形式分布。因此在测量中需要沿导轨拉功率吸收钳以寻找每个终测频点骚扰功率最大的位置(大致在离设备半波长的距离处)。

 

1.5、测试结果及评判

分为A级和B级。与限值线比较,低于PASS,高出FAIL。

 

可靠性试验之“EMI试验”

 

可靠性试验之“EMI试验”

 

2、CE

Conduct Emission传导发射,也叫传导骚扰Conduct Disturbance。

 

2.1、测试目的

传导发射(Conducted Emission)测试,通常也会被成为骚扰电压测试,只要有电源线的产品都会涉及到,包括许多直流供电产品,另外,信号/控制线在不少标准中也有传导发射的要求,通常用骚扰电压或骚扰电流的限值(两者有相互转换关系)来表示,灯具中的插入损耗测试(直接用dB表示)也属于传导测试范畴。

传导骚扰测试是为了衡量设备从电源端口、信号端口向电网或信号网络传输的骚扰。

 

2.2、测试标准

CISPR22(ITE),CISPR14-1(家电和工具),CISPR13(AV),CISPR15(灯具),CISPR11(ISM),其他产品及产品类标准都是引用以上标准的测试方法,以引用CISPR22居多。详细参见1.2章节。

 

2.3、测试设备

CE的测试设备主要包括:接收机、LISN(线路阻抗稳定网络,或叫AMN人工电源网络)、模拟手、被动电压探头、电流探头(与电流探头配合使用的CDN,容性电压探头)、DIA(断续干扰分析仪,用于测试CISPR14-1中的断续干扰)、测插入损耗的一整套设备等。

接收机、DIA要遵循CISPR16-1-1的要求,其他辅助设备需要遵循CISPR16-1-2的要求。

 

2.4、测试方法

测试设备的布置如下:

测试设备分为分台式与落地式,台式设备离LISN 80cm,离接地平板40cm(这里的接地平板可以是水平接地板,也可以是屏蔽室的垂直接地内墙),落地式设备离接地平板距离随不同标准有不同的偏差允许(CISPR14-1,15里面是10cm±25%,13里面是up to 12mm,22里面是up to 15cm, 11里没有明确距离,只说了需要与接地板用绝缘材料隔开)。辅助设备的布置也随测试标准的不同有出入,CISPR22中辅助设备离主设备10cm,相互之间的互联线至少离接地平板40cm。手持II类设备需要包模拟手。CISPR15中自镇流荧光灯需要罩在一个辅助锥形金属罩里。

测试布置在不同的标准里面都有很直观的布置图给出。

测试频段大多是150kHz-30MHz,CISPR15是例外(骚扰电压9kHz-30MHz,插入损耗150kHz-1605kHz)。

测试限值随不同标准,不同的产品分类(Group1/2, Class A/B)而限值不同。

整个测试过程如下:

  • 交/直流电源端骚扰电压:这个最常见,将电源插头连到LISN上,接收机RF输入连到LISN的RF输出(可能中间会插入RF衰减器或脉冲限幅器),切换LISN的L/N开关来选择测试电源线的对地共模骚扰电压。

  • 断续干扰:CISPR14-1及一些引用CISPR14-1的标准有要求。通常使用断续干扰分析仪,配合LISN测量。标准也允许用示波器与接收机的组合来替代。示波器观察骚扰持续时间,接收机观察骚扰电平幅度。

  • 负载端骚扰电压:CISPR14-1、CISPR15和CISPR11中有要求。使用被动电压探头,将需要测试的负载线绝缘剥开,直接用探头连接收机测量负载线导线端子对地的骚扰电压。

  • 如果设备额定电流过大,没有合适的LISN可用,也可以直接用电压探头来测量电源端的骚扰电压。

  • 通讯线骚扰电压/骚扰电流:CISPR22中提及。针对不同类型的通讯线有不同的测试方法。Annex C有详细描述,Annex F有各种方法的优缺点分析。主要是依靠电流探头与CDN、150欧姆接地电阻、容性电压探头的不同组合来测试不同类型的通讯线缆,需要保证的前提是测试线缆的对地阻抗是150欧姆。结果可以直接用骚扰电流dBuA表示,也可以换算成骚扰电压dBuV表示,换算阻抗是150欧姆,也就是两者量值相差44dB。

  • 插入损耗:CISPR15提到。使用RF正弦波发生器经过平衡/不平衡转换器、模拟灯、LISN,最后用接收机测量比较电压来得出插入损耗的数值。

 

2.5、测试结果及评判

分为A级和B级。接收机检波器的测量值(QP/AV)分别与限值线比较,低于PASS,高出FAIL。

 

可靠性试验之“EMI试验”

 

可靠性试验之“EMI试验”

 

可靠性试验之“EMI试验”

 

可靠性试验之“EMI试验”

 
Harmonics主要是指Harmonics Current(谐波电流),主要测量EUT工作时注入到电网中的谐波。EUT分为A、B、C、D四类,每一类有自己的限值。
Flicker主要测试电压波动及闪变。测试评判标准包括Pst(Short-Term flicker severity)和Plt(Long-Term flicker severity)两个指标不超过各自限值。

 

由于最后两种在实际测试中不常见,因此本文主要针对前两种进行介绍,有需要的可以参见相关标准,标准中对基本概念的介绍、测试限值、测试设备、测试方法等等都有非常详细的介绍。

 

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来源:AnyTesting