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開關(guān)電源和不間斷電源的無(wú)線電騷擾特性測(cè)試

時(shí)間:2009-11-03 10:27:51來(lái)源:yangliu

導(dǎo)語(yǔ):?開關(guān)電源和不間斷電源的應(yīng)用十分廣泛,作為商品化的開關(guān)電源和不間斷電源是國(guó)內(nèi)首批被指定為需要進(jìn)行電磁兼容認(rèn)證的產(chǎn)品之一,其考核重點(diǎn)是它們?cè)诠ぷ鲿r(shí)對(duì)外的騷擾發(fā)射(包括傳導(dǎo)和輻射兩方面);
[align=left] 開關(guān)電源和不間斷電源的應(yīng)用十分廣泛,作為商品化的開關(guān)電源和不間斷電源是國(guó)內(nèi)首批被指定為需要進(jìn)行電磁兼容認(rèn)證的產(chǎn)品之一,其考核重點(diǎn)是它們?cè)诠ぷ鲿r(shí)對(duì)外的騷擾發(fā)射(包括傳導(dǎo)和輻射兩方面);以及對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)量所產(chǎn)生的影響。后者在本刊2000年第9期上已有詳細(xì)論述,本文重點(diǎn)說(shuō)明騷擾發(fā)射的測(cè)試問(wèn)題。   開關(guān)電源和不間斷電源的騷擾測(cè)試采用GB48241996《工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療(ISM)射頻設(shè)備電磁騷擾特性的測(cè)量方法和限值》(參照CISPR11—1990而等效轉(zhuǎn)化)所提供的方法。   根據(jù)GB4824標(biāo)準(zhǔn)對(duì)騷擾源的分類,劃分為兩組設(shè)備:1組設(shè)備是指為發(fā)揮其自身功能需要而包含專門產(chǎn)生和/或使用傳導(dǎo)耦合射頻能量的所有工、科、醫(yī)設(shè)備;2組設(shè)備是指為材料處理、電火花腐蝕等功能需要而包含專門產(chǎn)生和/或使用電磁輻射能量的所有工、科、醫(yī)設(shè)備。從上述定義看,開關(guān)電源和不間斷電源當(dāng)屬于1組設(shè)備無(wú)疑。   另外,GB4824根據(jù)設(shè)備所使用供電網(wǎng)絡(luò)的不同,又劃分成兩類:A類設(shè)備是非家用、不直接連到住宅低壓電網(wǎng)的所有設(shè)施的工、科、醫(yī)設(shè)備;B類設(shè)備是在家用設(shè)施內(nèi)和直接連到住宅低壓電網(wǎng)的設(shè)施的工、科、醫(yī)設(shè)備。從上述分類看,開關(guān)電源和不間斷電源均有可能分屬于這兩大類設(shè)備。   表1是試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)1組A類和B類設(shè)備的電源端傳導(dǎo)騷擾電壓限值。表2則是試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)1組A類和B類設(shè)備的輻射騷擾限值。[/align]
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[align=left]1 標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法   1.1 測(cè)量?jī)x器和測(cè)試場(chǎng)地   (1)測(cè)量?jī)x器   采用帶有準(zhǔn)峰值和平均值檢波器的干擾接收機(jī),其性能應(yīng)符合CISPR161或?qū)?yīng)國(guó)標(biāo)GB/T6113·1《無(wú)線電騷擾和抗擾度測(cè)量設(shè)備規(guī)范》的要求。在標(biāo)準(zhǔn)涉及的頻率范圍內(nèi)一般要用兩臺(tái)不同頻段的干擾接收機(jī),分別是9KHz~30MHz;30MHz~1000MHz。   (2)人工電源網(wǎng)絡(luò)   在做電源端傳導(dǎo)騷擾電壓測(cè)試時(shí),應(yīng)采用阻抗為50Ω/50μH的人工電源網(wǎng)絡(luò)(V形網(wǎng)絡(luò)),其特性應(yīng)符合CISPR161和GB/T6113·1的要求。人工電源網(wǎng)絡(luò)的主要作用是使試品與電源之間有效間隔;同時(shí)又為試品提供穩(wěn)定的高頻阻抗。  ?。?)天線   在9KHz~30MHz頻段內(nèi)采用具有屏蔽的環(huán)形天線。   在30MHz~1000MHz頻段內(nèi)采用平衡偶極子天線。  ?。?)測(cè)試場(chǎng)地  ?、?kHz~1000MHz頻段的輻射測(cè)試場(chǎng)地   輻射測(cè)試場(chǎng)地應(yīng)該是一個(gè)空曠、平坦的場(chǎng)地,在其邊界范圍內(nèi)無(wú)架空線,附近無(wú)反射結(jié)構(gòu)物(如鋼筋水泥建筑和高大樹木等),而且具有足夠大的尺寸,使天線、試品和反射結(jié)構(gòu)物之間能充分分開的場(chǎng)地。   滿足標(biāo)準(zhǔn)的輻射測(cè)試場(chǎng)地應(yīng)該是一個(gè)由長(zhǎng)軸等于兩倍焦距(F)、短軸等于倍焦距(F)的橢圓所包圍的場(chǎng)地,見圖1所示。試驗(yàn)時(shí),試品和測(cè)量天線將分別處在兩個(gè)焦點(diǎn)上。[/align]
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[align=left]   為了獲得穩(wěn)定的電波傳輸特性,必須有一個(gè)固定的、相當(dāng)大的反射地面(或稱接地平板)。反射面用金屬材料制成,如鋼板(包括鍍鋅鋼板)和金屬絲網(wǎng)等。板與板之間要用電焊連接,無(wú)大的漏縫或孔洞。金屬網(wǎng)孔徑的最大尺寸必須小于波長(zhǎng)的1/10(對(duì)1000MHz,孔徑應(yīng)小于3cm)。另外,場(chǎng)地表面必須平整,同時(shí)要考慮排水設(shè)施。圖2是金屬接地的最小尺寸。   ②傳導(dǎo)騷擾電壓測(cè)試場(chǎng)地   傳導(dǎo)騷擾電壓的測(cè)試可以在輻射試驗(yàn)場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行,也可以在屏蔽室內(nèi)進(jìn)行。   1.2 測(cè)試方法[/align]
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[align=left]  ?。?)環(huán)境電平   試品接入測(cè)量線路,但在未通電運(yùn)行時(shí),要用測(cè)量環(huán)境噪聲電平的方法來(lái)決定試驗(yàn)環(huán)境的適用性,環(huán)境電平應(yīng)至少比規(guī)定的限值低6dB。   如果環(huán)境電平和試品的輻射疊加后,仍不超過(guò)規(guī)定限值時(shí),試品即被認(rèn)為已滿足規(guī)定限值。   在測(cè)量電源端傳導(dǎo)騷擾電壓時(shí),可在人工電源網(wǎng)絡(luò)和供電電網(wǎng)之間接入一個(gè)適當(dāng)?shù)纳漕l濾波器,以降低環(huán)境電平。但接入射頻濾波器后,在測(cè)量頻率上,人工電源網(wǎng)絡(luò)的阻抗仍應(yīng)滿足規(guī)定要求。   在測(cè)量輻射騷擾時(shí),如果環(huán)境電平無(wú)法滿足要求,則可將測(cè)量天線向試品移近后再進(jìn)行測(cè)量,但限值不變。這實(shí)際上是對(duì)試品的要求更加嚴(yán)格了。  ?。?)對(duì)試品布置的一般要求   試品的騷擾電平是指試品在各種典型使用情況下,所取不同配置和試驗(yàn)布置時(shí)騷擾值的最大值。在試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)詳細(xì)說(shuō)明試驗(yàn)時(shí)試品的配置和試驗(yàn)布置。   當(dāng)試品是由幾個(gè)互連設(shè)備組成時(shí),互連電纜的型號(hào)和長(zhǎng)度應(yīng)與試品技術(shù)要求中規(guī)定的相一致。如果電纜長(zhǎng)度是可以改變的,則取在輻射試驗(yàn)中能產(chǎn)生最大輻射的長(zhǎng)度。  ?。?)9kHz~1MHz的輻射測(cè)試   當(dāng)試品放在試驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)上時(shí),應(yīng)使設(shè)備的輻射中心盡可能地接近轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心。試品和測(cè)量天線的距離是指轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和測(cè)量天線之間的水平距離。   關(guān)于試驗(yàn)的轉(zhuǎn)臺(tái),如果是高出接地平板的轉(zhuǎn)臺(tái),一般不應(yīng)高出該平面0.5m;如果是與接地平板處在同一平面的轉(zhuǎn)臺(tái),則轉(zhuǎn)臺(tái)平面一定是金屬平面,且和接地平板有良好的電氣連接。不管哪一種轉(zhuǎn)臺(tái),非落地式試品放在轉(zhuǎn)臺(tái)上,離接地平板的高度應(yīng)為0.8m。   當(dāng)試品不放在轉(zhuǎn)臺(tái)上時(shí),試品和測(cè)量天線之間的距離是指試品邊界和測(cè)量天線之間的最近水平距離。   對(duì)于試品放在轉(zhuǎn)臺(tái)上的情況,測(cè)量天線處在水平和垂直兩種極化狀態(tài),轉(zhuǎn)臺(tái)都應(yīng)在所有角度上旋轉(zhuǎn),應(yīng)在每個(gè)測(cè)量頻率上記錄其輻射騷擾的最高電平。   當(dāng)試品不放在轉(zhuǎn)臺(tái)上時(shí),測(cè)量天線在水平和垂直兩種極化狀態(tài)下都應(yīng)在地平面的各方位上選取不同測(cè)量位置。測(cè)量應(yīng)在其最大輻射方向上進(jìn)行,并在每個(gè)測(cè)量頻率上記錄其輻射騷擾的最高電平。   測(cè)量中對(duì)天線的要求是:在30MHz~80MHz頻段內(nèi),天線長(zhǎng)度應(yīng)等于80MHz的諧振長(zhǎng)度;在80MHz~1000MHz頻段內(nèi),天線長(zhǎng)度應(yīng)等于測(cè)量頻率的諧振長(zhǎng)度。另外,應(yīng)該用一個(gè)適當(dāng)?shù)淖儞Q裝置使天線與饋線相匹配。還要配置一個(gè)平衡/不平衡變換器,實(shí)現(xiàn)與測(cè)量接收機(jī)的連接。   天線應(yīng)能任意取向,分別測(cè)量其垂直極化和水平極化波分量。天線中心高度應(yīng)能在1m~4m內(nèi)調(diào)節(jié)。天線離地的最近點(diǎn)不應(yīng)小于0.2m,以測(cè)出其最大值。   順便指出,如果使用其他形式天線的測(cè)量結(jié)果與平衡偶極子天線的測(cè)量結(jié)果差值在±2dB以內(nèi),則也可用其他形式天線。實(shí)用中常用的寬帶天線是雙錐天線(30MHz~300MHz)和對(duì)數(shù)周期天線(300MHz~1000MHz)。[/align]
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[align=left]  ?。?)電源端傳導(dǎo)騷擾電壓的測(cè)量  ?、僭谳椛湓囼?yàn)場(chǎng)上測(cè)量時(shí),試品應(yīng)處于和輻射測(cè)量相同的狀態(tài)下,且試品應(yīng)處在比其邊界至少擴(kuò)展0.5m或最小尺寸為2m×2m的金屬接地平板上。  ?、谠谄帘问覂?nèi)測(cè)量時(shí),可用地面屏蔽層或任意一壁的屏蔽層作為接地平板。   試驗(yàn)時(shí),對(duì)于非落地試品應(yīng)放在離地平板0.4m高的絕緣支架或臺(tái)子上。落地試品則放在接地平板上,其接觸處應(yīng)相互絕緣或與正常使用時(shí)一致。所有試品離其他金屬物體表現(xiàn)的距離應(yīng)大于0.8m。   人工電源網(wǎng)絡(luò)的外表面和試品邊界之間的最近距離應(yīng)小于0.8m。網(wǎng)絡(luò)的參考接地端應(yīng)該用盡量粗短的導(dǎo)線接到接地平板上。電源電纜和信號(hào)電纜走線與接地平板間的相關(guān)情況應(yīng)與實(shí)際使用情況等效,并應(yīng)十分小心地布置電纜,以免造成假響應(yīng)效應(yīng)。   當(dāng)試品有特別的接地端子時(shí),應(yīng)該用盡量短的導(dǎo)線接地。不裝有特別接地端子的試品,應(yīng)在其正常連接方式下進(jìn)行試驗(yàn),即從供電電網(wǎng)上取得接地。   由制造廠提供軟性電源線的設(shè)備,其電源線的長(zhǎng)度應(yīng)為1m。如果實(shí)際長(zhǎng)度超過(guò)1m,則超過(guò)部分應(yīng)來(lái)回折疊成0.3m~0.4m的線束。   如果受試品由幾個(gè)單元組成,而且每個(gè)單元都具有電源線,在與人工電源網(wǎng)絡(luò)連接時(shí),取決于下列規(guī)定:   ●接在標(biāo)準(zhǔn)電源插頭的每根電源電纜都應(yīng)分別測(cè)量;   ●制造廠未規(guī)定須從系統(tǒng)中另一單元取得供電電源的電源線或端子都應(yīng)分別測(cè)量;   ●由制造廠規(guī)定須從系統(tǒng)中某一單元取得電源的電源線或端子應(yīng)接至該單元,而將該單元的電纜或端子接至人工電源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)量;   ●當(dāng)試品為了安全目的需要接地時(shí),接地線應(yīng)接在人工電源網(wǎng)絡(luò)的參考接地點(diǎn)上。除了由制造廠提供接地線或?qū)拥亓碛幸?guī)定外,在無(wú)其他特殊要求時(shí),接地線長(zhǎng)度應(yīng)為1m,并與試品電源線平行敷設(shè),其間距不大于0.1m。   其他(如為電磁兼容目的)由制造廠規(guī)定或提供的接在用作安全接地同一端子上的接地線,也應(yīng)接到人工電源網(wǎng)絡(luò)的參考線上。   圖4為傳導(dǎo)騷擾電壓測(cè)量的典型布置示意。[/align]
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[align=left] [b]2 替代的測(cè)試方法 [/b]  上述實(shí)驗(yàn)室終測(cè)配置講求的是測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性及與國(guó)內(nèi)外測(cè)試機(jī)構(gòu)之間的可比性,因此配置價(jià)格不菲,如果還要涉及到測(cè)試場(chǎng)地,則更不是一般生產(chǎn)企業(yè)所能接受了的。本節(jié)將推薦替代測(cè)試方案,在確保有一定可比性的前提下,盡量降低配置成本,為盡可能多的企業(yè)接受。   2.1 測(cè)量?jī)x器和測(cè)試場(chǎng)地   (1)測(cè)量?jī)x器   考慮到開關(guān)電源和不間斷電源的特點(diǎn),其內(nèi)部均由電子線路構(gòu)成,電源穩(wěn)態(tài)工作時(shí)不產(chǎn)生火花、電弧和氣體放電,也不產(chǎn)生家電產(chǎn)品特有的喀嚦聲干擾,只產(chǎn)生周期性的電壓、電流及其諧波,因此推薦采用頻譜分析儀。其價(jià)格較終測(cè)時(shí)采用的干擾接收機(jī)有大幅度下降。在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試頻率范圍內(nèi),只要選用一臺(tái)9kHz~1000MHz以上的頻譜分析儀即可。  ?。?)人工電源網(wǎng)絡(luò)   保留不變。   (3)天線   由于采用下述GTEM小室,其上下底板與內(nèi)部隔板所起的功能類似于接收天線,所以在終測(cè)配置中用到的接收天線予以取消。  ?。?)測(cè)試場(chǎng)地   由于開關(guān)電源和一般用途的不間斷電源的外形尺寸不算龐大,可望容納在最近發(fā)展起來(lái)的吉赫芝橫電磁波室(GTEM室)中。而小室的價(jià)格及工作頻率范圍也足以滿足一般用戶的需求。   盡管這種測(cè)試場(chǎng)地在CISPR11和GB4824標(biāo)準(zhǔn)中尚未表示認(rèn)可,但在測(cè)試汽車用電子/電氣零部件無(wú)線電騷擾特性的CISPR25標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)把TEM小室法作為測(cè)試零部件/模塊輻射發(fā)射特性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。GTEM小室則是TEM小室的發(fā)展,有較大的試驗(yàn)空間,且與使用的頻率范圍沒有矛盾,因而得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。   表3是GTEM小室的主要性能與可以容納的試品尺寸,以資參考。   2.2 測(cè)試方法  ?。?)9kHz~1000MHz的輻射測(cè)試   采用GTEM小室和頻譜儀的測(cè)試配置見圖5所示。[/align]
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[align=left]   為保證試驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性和可比性,試品每次試驗(yàn)所放置的位置應(yīng)予固定。   關(guān)于極化的測(cè)試問(wèn)題,由于小室內(nèi)部隔板與上下底板之間的位置是固定的,因此只能通過(guò)試品的轉(zhuǎn)動(dòng),讓試品的幾個(gè)面依次朝對(duì)隔板來(lái)實(shí)現(xiàn)。   2.3 其他可能的替代測(cè)試方法   國(guó)際上有人建議對(duì)小型電子設(shè)備采用類似CISPR141(對(duì)應(yīng)的我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是GB43431《家用和類似用途電動(dòng)、電熱器具,電動(dòng)工具以及類似電路的無(wú)線電干擾特性的測(cè)量方法和允許值》)中所提供的吸收鉗方法來(lái)測(cè)試試品對(duì)外的輻射功率。采用此法的前提是試品尺寸較小,其輻射到空間的能量主要是通過(guò)試品的電源線等逸出的。因此,對(duì)這部分能量的測(cè)量可以用一個(gè)環(huán)繞電源線的吸收裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。這個(gè)吸收裝置便被稱為吸收鉗(或鐵氧體鉗)。這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)便易行,對(duì)環(huán)境要求不高,在屏蔽室里便可進(jìn)行,而且測(cè)試結(jié)果有很好的重復(fù)性和可比性。圖6是測(cè)試簡(jiǎn)圖。限于篇幅,方法細(xì)節(jié)參閱相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。[/align]
[img=333,117]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/dyjsyy/2001-5/59-2.jpg[/img]
[align=left]   此法已在CISPRG分會(huì)上作為對(duì)CISPR22(對(duì)應(yīng)的我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB9254《信息技術(shù)設(shè)備的無(wú)線電騷擾限值和測(cè)量方法》)的修訂方案通過(guò)了該分會(huì)技術(shù)委員會(huì)的草案(CD),現(xiàn)已進(jìn)入到秘書處起草成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案(FDIS)階段。   由于上述原因,此法在技術(shù)上有一定可行性,且方法簡(jiǎn)單、重復(fù)可比,配置價(jià)格較低。只是吸收鉗法與輻射騷擾的直接測(cè)量法之間還存在一個(gè)數(shù)據(jù)比對(duì)問(wèn)題,但就方法而言,仍不失為一般企業(yè)的一個(gè)很好的試驗(yàn)方法。[/align]
[img=475,134]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/dyjsyy/2001-5/59-3.jpg[/img]

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