GJB 151系列標(biāo)準(zhǔn)中電源線尖峰傳導(dǎo)敏感度測試變化分析

吳文力，江忠英，孟繁巍，陳銳

（1.海軍研究院，上海 200235；2.海軍駐景德鎮(zhèn)地區(qū)航空軍事代表室，江西 景德鎮(zhèn) 333001）

隨著大功率電力和電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，大型武器平臺，尤其是艦船平臺上大功率開關(guān)器件動作、電動機等感性負載切換、電閘和繼電器動作時，由于電壓電流的突然改變會產(chǎn)生高幅值、窄脈寬的瞬態(tài)尖峰電壓。瞬態(tài)尖峰電壓信號耦合疊加到攜帶著數(shù)字信息的傳輸線上，嚴(yán)重時改變時域信號的電平屬性，使信號傳輸產(chǎn)生誤碼，或者通過電源線直接耦合到敏感數(shù)字設(shè)備之中，導(dǎo)致邏輯芯片的錯判使得數(shù)字設(shè)備誤判斷或者誤操作。過高幅度的尖峰干擾還有可能超過電子器件、電子設(shè)備可承受電壓的限制，直接導(dǎo)致其燒毀。

為控制尖峰傳導(dǎo)干擾對電子設(shè)備的損害，提高設(shè)備瞬態(tài)電壓的抗干擾能力，各國電磁兼容軍用標(biāo)準(zhǔn)中大都設(shè)置了尖峰傳導(dǎo)敏感度測試項目，來模擬電網(wǎng)上產(chǎn)生的瞬態(tài)尖峰電壓對設(shè)備的干擾作用。

20世紀(jì)80年代初開始，我國國家軍用電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)從GJB 151—1986，GJB 152—1986發(fā)展到GJB 151B—2013版本，都對電源線尖峰傳導(dǎo)敏感度測試項目作出了明確要求。美國國防部（DoD）頒布用于控制設(shè)備和分系統(tǒng)的電磁干擾特性的 MIL-STD-461系列標(biāo)準(zhǔn)中雖然在一些版本中取消了該項目，但在2007年頒布的461F版本中重新恢復(fù)了該項目。GB/T 17626.4中設(shè)置了類似的電快速瞬變脈沖群試驗來模擬電感性負載在切換瞬態(tài)過程中的干擾，世界通用標(biāo)準(zhǔn)RTCA/DO-160F民用航空電子設(shè)備電磁兼容性要求中也設(shè)置該項目。對比這些標(biāo)準(zhǔn)，尤其是GJB 151系列標(biāo)準(zhǔn)中該項目的改變，對比分析其中試驗要求、試驗方法等的變化，有利于了解該項目的發(fā)展變化軌跡，為電磁兼容工程測試人員貫徹執(zhí)行該項目提供參考。

1 測試項目對比[1-6]

1.1 標(biāo)準(zhǔn)版本演變與對應(yīng)

GJB 151系列標(biāo)準(zhǔn)在借鑒美軍標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上結(jié)合裝備實際制定，從GJB 151—1986，GJB 152—1986版本，經(jīng)歷GJB 151A—1997，GJB 152A—1997版本，發(fā)展到現(xiàn)在的 GJB 151B—2013版，頒布執(zhí)行近 30余年都保留了電源線尖峰傳導(dǎo)敏感度測試項目[7-9]。美軍 461系列標(biāo)準(zhǔn)從首次頒布到現(xiàn)在最新的 G版本歷經(jīng)了50年，先后頒布了8個版本，在461D，461E兩個版本中取消了該項目，但在461F版本中被恢復(fù)后又在461G版中重新被刪除。國內(nèi)外電磁兼容性典型軍用標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 國內(nèi)外軍用電磁兼容性典型標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)關(guān)系

1.2 適用平臺

GJB 151中CS06項目對大部分平臺的電子的設(shè)備適用，具體見表2。

表2 GJB 151中CS06項目適用平臺表

GJB 151A中CS106項目對所有平臺的適用性都為“S”，即由訂購單位在訂購規(guī)范中對適用性和極限要求作詳細規(guī)定。GJB 151B中CS106項目對水面艦船和潛艇平臺適用性為“A”。即該項目適用。其他平臺的適用性都為“S”，即由訂購單位在訂購規(guī)范中對適用性和極限要求作詳細規(guī)定。

1.3 測試方法對比

由于GJB 151A，GJB 152A等效采用美軍標(biāo)MILSTD-461D，MIL-STD-462D，該版本中取消了 CS106項目，而GJB 151A，GJB 152A中保留GJB 151，GJB 152中的CS06項目，因此，GJB 152A中CS106項目與GJB 152中CS06項目測試方法基本一致。

1.3.1 測試對象

GJB 151中規(guī)定CS06項目和GJB 151A中CS106項目都要求應(yīng)在所有不接地的交流和直流輸入電源線上進行。GIB 151B中CS106項目要求適用于潛艇、水面艦船設(shè)備和分系統(tǒng)的交流和直流輸入電源線，不包括地線和回線，即只對高位線和相線有要求。

1.3.2 測試布置

GJB 152A與GJB 152中CS106項目測試布置一致，對于交流供電的設(shè)備采用串聯(lián)注入，測試布置如圖1所示。對于直流供電的設(shè)備采用并聯(lián)注入，測試布置如圖2所示。

GJB 151B中為了避免不同方法得出不同的測試結(jié)果，且對尖峰信號發(fā)生器的輸出僅規(guī)定阻抗不大于2 Ω，既沒有規(guī)定是否有隔直電容，也沒有規(guī)定耐受供電電壓的指標(biāo)，所以刪除了并聯(lián)注入法，只保留串聯(lián)注入法，增加了△和 Y型連接三相電源的測試配置。在測試設(shè)備和測試配置方面，電源輸入端串入LISN（人工阻抗網(wǎng)絡(luò)），示波器電源輸入端增加了隔離變壓器，將示波器浮地，用于當(dāng)電源回線與屏蔽室地不相連時試驗電壓的監(jiān)測。圖3給出了單相AC或DC電源的測試配置。GJB 151B中允許采用差分探頭進行測試，此時示波器既可以不通過隔離變壓器供電，又可繼續(xù)保持地線連接，避免電擊危害。

1.4 尖峰干擾信號特征

信號源方面，GJB 152，GJB 152A在脈沖寬度、脈沖重復(fù)頻率、源阻抗等方面對信號源特性作出明確要求，而GJB 151B中只對源阻抗作出了要求，源阻抗從0.06 Ω增加到2 Ω。

GJB 152、GJB 152A中對實驗波形限定的參數(shù)只有脈沖幅度和脈沖寬度，試驗脈沖寬度有 0.15，5，10 s三種，其脈沖寬度定義從 50%～0%峰值，尖峰信號波形見圖4。GJB 151B中對實驗波形規(guī)定了正向脈沖電壓、負向脈沖電壓、脈沖上升時間、脈沖下降時間、正向脈沖持續(xù)時間和負向脈沖持續(xù)時間等6個參數(shù)，并對上升時間、下降時間和脈沖寬度規(guī)定了允差要求，其脈沖寬度的定義從0%～0%峰值，尖峰信號波形見圖5[10]。

2 思考與建議

1）從標(biāo)準(zhǔn)的變化版本看，GJB 151系列標(biāo)準(zhǔn)雖大部分等效采用美軍標(biāo)準(zhǔn)，但在很多方面是結(jié)合裝備實際發(fā)展而來。美軍標(biāo)461F中電源線尖峰傳導(dǎo)項目只對艦船和潛艇作出了要求，而工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)電感負載切換、電閘切換和繼電器切換引起瞬態(tài)電壓的現(xiàn)象也存在于其他平臺，因此GJB 151B對其他平臺也提出要求。另外，GJB 151系列標(biāo)準(zhǔn)中一直保留有電源線尖峰傳導(dǎo)敏感度測試項目，并沒有隨美軍標(biāo)在部分版本中取消。這是因為該項測試在工程中為電子設(shè)備提高尖峰傳導(dǎo)干擾能力發(fā)揮了重要作用，得到了各方認可，認為有必要繼續(xù)執(zhí)行，一些工程測試中，也一直對該項目有要求，且幅值比400 V還高。

2）從項目適用平臺的變化看，標(biāo)準(zhǔn)的要求更趨科學(xué)合理。對比 GJB 151系列標(biāo)準(zhǔn)中適用平臺的范圍，從最初的各種平臺的帶半導(dǎo)體器件的設(shè)備都作要求，到目前只對艦船、潛艇平臺作出硬性要求，標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用更為接近工程實際，標(biāo)準(zhǔn)的要求更趨科學(xué)合理，減少了不必要的檢測任務(wù)，節(jié)約了裝備研制成本。

3）從項目測試方法的變化看，干擾機理研究更加深入，試驗手段更加完善。GJB 151B中明確只對高位線和相線有要求說明對設(shè)備尖峰瞬態(tài)電壓的干擾機理研究得更加深入。測試配置中增加LISN是為了保護干擾信號對上級電源的沖擊，增加隔離變壓器將示波器浮地、允許使用差分探頭監(jiān)測干擾信號的大小，避免人員和儀器電擊危害。試驗手段更加科學(xué)完善。

4）從干擾信號的變化來看，這是裝備發(fā)展的具體特征體現(xiàn)，是長期數(shù)據(jù)積累的結(jié)果。美軍標(biāo) 461F中尖峰傳導(dǎo)敏感度信號的特征既是美軍在一定時期內(nèi)對平臺裝備上產(chǎn)生的瞬態(tài)干擾長期監(jiān)測、積累的有效反映，也是對實驗方法研究的直接體現(xiàn)。美軍標(biāo)461G中，美軍認為通過電源線直接注入的尖峰傳導(dǎo)信號耦合到EUT信號線上信號的小于CS115項目直接注入到信號線內(nèi)的干擾信號大小，且干擾信號特征更具有代表性，因此取消了 CS106項目[11]。美軍標(biāo)準(zhǔn)中28年來CS106項目的變更是美軍裝備發(fā)展的最直接反映，值得借鑒。GJB 151B雖等效采用美軍標(biāo)461F中的結(jié)果，但也啟發(fā)了裝備工作者在工程中應(yīng)注重積累和收集裝備中瞬態(tài)電壓干擾的共性特征，有必要將其體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)中，更好地為裝備研制服務(wù)。

3 結(jié)語

為提高電子、電氣設(shè)備對瞬態(tài)尖峰電壓的抗干擾能力， GJB 151系列標(biāo)準(zhǔn)中都設(shè)置了電源線尖峰傳導(dǎo)敏感度測試項目（CS106）來模擬電網(wǎng)上產(chǎn)生的瞬態(tài)尖峰電壓對設(shè)備的干擾作用。文中從GJB 151系列標(biāo)準(zhǔn)的版本演變出發(fā)，梳理了 CS106項目的發(fā)展軌跡，通過對比各版本中 CS106項目的適用平臺、測試方法、干擾信號特征等，得到了各版標(biāo)準(zhǔn)中該項目的主要差異。最后，結(jié)合美軍461系列標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展變化，從四個方面分析了變化的原因，為電磁兼容考核標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)發(fā)展給出了思考建議，為電磁兼容工程測試人員貫徹執(zhí)行該項目提供了參考，對促進GJB 151系列標(biāo)準(zhǔn)中CS106項目的理解和貫徹具有參考意義。

[1] GJB 151B—2013, 軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量[S].

[2] GJB 151A—1997, 軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求[S].

[3] GJB 152A—1997, 軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測量[S].

[4] GJB 151—1986, 軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求[S].

[5] GJB 152—1986, 軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測量[S].

[6] MIL-STD-461F, Requirements for the Control of Electromagnetic Interference Characteristics of Subsystems and Equipment[S].

[7] 韋忱. GJB 151B—2013與GJB 151A—1997, GJB 152A—1997標(biāo)準(zhǔn)的差異分析[C]// it時代周刊論文專版.2015.

[8] 曹斌, 蔡明娟. GJB 151B與GJB 151A對艦船裝備電磁兼容性要求的對比分析[J]. 船舶, 2017, 28(3)： 72-78.

[9] 湯仕平, 楊景發(fā). 電磁兼容性國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB151/152的修訂及其影響[J]. 船舶標(biāo)準(zhǔn)化工程師,1999(4)： 31-35.

[10] 陳世鋼. GJB 151B—2013解析[J]. 安全與電磁兼容,2014(2)： 15-24.

[11] 鄭文生, 王韋. GJB 151B—2013與MIL-STD-461G測試項目差異研究[J]. 安全與電磁兼容, 2016(3)： 18-22.