EMC測試設備選型問題的研究

摘 要 本文首先對EMC測試設備進行了簡單介紹，分析了在不同情境下，EMC測試設備選型的具體要求，分析了特殊測試方法和測試等級的要求，以及特殊測試項目的選型。隨后，重點探究了EMC測試設備選型設計模式，希望能為該領域的關注者提供有益參考。

關鍵詞 EMC測試設備 設備選型 輻射 靜電

一、引言

隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展以及科學技術水平的提升，EMC測試設備的發(fā)展水平也得到了全面提高。在自動化設備當中，設備本身對于電力系統(tǒng)中的電磁干擾反應比較敏感，尤其是計算機技術和微電子技術作為基礎的二次弱電設備，具有較高的靈敏度。為了進一步加強對通信裝置、自動控制和繼電保護裝置的檢測力度，要對EMC測試設備進行合理選型。

二、EMC測試設備選型要求

（一）特殊測試方法和測試等級要求

1.輻射抗擾度。目前，國內大部分的電氣設備在實際的應用中，都具有專用的特殊產品測試等級。此外，在項目的特殊要求中，項目測試中對于測試的布置也具有同樣的特殊要求。[1]其中，抗輻射程度主要指的是，輻射抗擾度是否為生命支持設備。在對監(jiān)視和影響信號的被測試件進行測試時，要提供3Hz的信號，信號滿足發(fā)生器所需要的條件。傳聲器模式下在使用兼容性時，要求測試環(huán)境的場強≤75V/m，在暗室內距離為3米的條件下進行，需要更大的功率放大器才能夠實現(xiàn)。此時，通常要考慮到GTEM小室環(huán)境對近距離測試的影響?？垢蓴_測試中要求會隨著測試等級的提升得到相應提升。

2.輻射發(fā)射。輻射發(fā)射項目主要是在暗室當中進行的測試，需要參照GB4824標準的有關要求。但在測試時某些產品的輻射發(fā)射測試會有特殊的布置要求，比如在GB9706.6中，微波設備安全專用要求提出，該項測試開展時，要在負載狀態(tài)下進行。在YY0607要求中提出，測試項目要按照安全專用標準中的特殊布置要求組織進行。

3.靜電放電。靜電放電抗干擾度測試，主要是在YY0505當中提出的接觸性放電±6kV、空氣放電±8kV。這種等級要求符合大多數(shù)產品的實際生產和管理標準。在安全專用要求中，還提出了其他不同種類的控制器接觸放電為±8kV、空氣放電為±15kV。在采購靜電放電發(fā)生器時，要注意量程滿足更高的使用需求。

（二）特殊測試項目選型要求

1.大型設備現(xiàn)場的測試要求。從YY0505中關于大型設備的現(xiàn)場測試說明可以了解到，在對電子加速器等不同類型的大型設備進行電磁兼容測試時，測試的地點和場所一般會安排在設備的生產廠商測試間，或者是已經(jīng)安裝好的使用環(huán)境中。在具體的測試階段，工作人員要確保測試設備所在區(qū)域外墻30米處，發(fā)射輻射測試。同時，要確保輻射抗擾度測試，要安排在建筑物以外的3米位置進行。針對此種測試方案，工作人員需要確保配備一些特殊的設備，提高對現(xiàn)場特殊情況的應對處理能力。

比如，當測試輻射發(fā)射之后，要配備便攜式的對數(shù)天線和可移動式的接收機設備；輻射抗擾度測試中，要配備手持式發(fā)射天線和便攜式的功率放大器設備；在抗擾度測試中，工作人員要使用ITU規(guī)定的射頻類設備，從而可以在對應的頻段進行抗擾度試驗。如果在這一環(huán)節(jié)中使用不同制式頻段下的移動通信設備、數(shù)據(jù)傳輸設備、藍牙設備和對講機；在進行工頻磁場抗擾度測試時，要配備便攜式磁環(huán)天線。

2.兼容測試要求。根據(jù)EN45502-2-3標準中，關于電氣設備的兼容性測試要求，明確地提出了測試電氣設備磁場和電場的標準等級。其中，磁場測試需要在16.6Hz～5MHz的頻率范圍內進行。最大的測試等級要滿足1200A/m。在進行電場測試時，測試的范圍要控制在10MHz～2.45GHz之間，最大的測試等級為200V/m。為了滿足上述兩項測試需求，在實際的操作中，工作人員要使用配備有信號發(fā)生器的測試設備、磁場強度大于1200A/m磁場線圈、高精度線性放大器、一個GTEM小室和功率放大器。

三、EMC測試設備選型設計與分析

（一）電磁兼容測試設計方案

以某設備的測試為例，可以對EMC測試設備的選型進行合理化設計。該設備主要由電源、發(fā)射機、接收機、加固計算機和KVM一體機等組成，所有的設備都安裝在19英寸的機柜上。其中，加固計算機還包括了系統(tǒng)主題和數(shù)字接收機，二者均為CPCI板卡形式。設備電源為1000W的開關電源，輸出直流24V和48V。CPCI加固計算機作為控制中心，可以通過CAN總線控制發(fā)射機，通過RS422接口控制接收機，并對接收機輸出中頻信號，進行數(shù)字化接收處理?？紤]到無線電系統(tǒng)當中對于設備底噪的要求，設備選型方案在進行設計階段要從電路板級設計、屏蔽和接地等方面進行兼容性設計。

當設備進行電磁兼容測試時，所有設備的加電和運行軟件都處于正常的工作狀態(tài)。測試項目包括發(fā)射干擾和干擾敏感度，其中發(fā)射干擾為CE102和RE102，干擾敏感度為CS101、CS114和CS116。當電場輻射發(fā)射測試時，在3MHz～30MHz、30MHz～200MHz中，會出現(xiàn)多個超過限制的頻點。

（二）電磁兼容整改方案與分析

1.電源線傳導發(fā)射。電源線傳導發(fā)射測試，主要使用的是測試機柜輸入電源線傳導發(fā)射模式。100kHz以下的干擾信號為差模傳導干擾信號。在進行電源輸入濾波器檢查設計中，差模濾波通過一個磁環(huán)，需要相應地增加差模濾波電感。在整改設計中，工作人員要在電源交流中分別輸入火線和零線，并在上方各串聯(lián)一個鐵粉芯繞制而成的電感，電感值為1uH，同時相應地增加一級共模抑制器，使最終測試合格。

2.電場輻射發(fā)射。在對設備RE102進行測試時，頻段控制在2MHz～18GHz。針對不同測試中的多個頻段均使用了超標頻段的測試方法，應用各個分機單獨測試的形式進行主要輻射源定位與查找。得出如下結果： （1）當開關電源在2～10MHz、30～120MHz時，上述兩個頻段當中，存在不合格的頻點；（2）當KVM一體機在30～200MHz范圍內，同樣存在不合格頻點；（3）當發(fā)射機與接收機設備的本振頻率、晶振存在泄漏，此時并不會超出限定規(guī)范的標準。

30MHz以上的輻射，主要為開關管開關噪聲、整流二極管當中的反向恢復電流所造成。對于此種類型的電源，要采取整體屏蔽技術。同時，在進行電路連接時，要進行多點接地操作，以此增大DC輸入端的共模電感量。對CBB并聯(lián)電容，加大整改措施，降低10MHz以下的干擾。經(jīng)過調查和分析可以了解到，開關電源的實際工作原理為，低通濾波→一次整流→有源功率因數(shù)校正電路（PFC）→功率轉換（開關、變壓和二次整流），通過上述流程，可以完成AC220V到DC24/48V的轉換。當電源空載的情況下，PFC單元出現(xiàn)短路情況。此時，測試30～120MHz頻段的干擾明顯降低，因此可以得出PFC電路為干擾源。

為了解決上述問題，在實際的操作階段，可以制定相應的整改措施。將PFC升壓二極管，由原本的一般肖特基二極管轉換為SiC二極管，并且采取并聯(lián)吸收電阻、串聯(lián)磁珠的方式。在PFC控制開關的管D和S腳之間增加高壓陶瓷電容。在PFC電路的輸出連接中，增加變壓器端的CBB電容。經(jīng)過整改之后，當系統(tǒng)恢復到正常電源的工作狀態(tài)時再次進行測試，判斷測試結果是否滿足要求。在對KVM一體機進行測試時，發(fā)現(xiàn)一體機當中的顯示器邊角上存在較大的泄漏問題，針對這一問題可以進行二次整改，具體措施：第一，增加一體機中顯示器內部金屬絲網(wǎng)和結構件之間的接觸面積，對顯示器的內部采取進一步屏蔽措施；第二，屏蔽電纜在進設備時屏蔽層必須與屏蔽體360°接觸，從而確保阻抗可以降到最低；第三，在對其他設備進行安裝時，要確保機箱的安裝孔、電纜的進線端和縫隙等，不會因為對外泄漏而出現(xiàn)封堵情況。減少電磁波的對外泄漏途徑。經(jīng)過整改之后，再對整機進行測試，完成相應選型。

四、結語

在對不同類型的系統(tǒng)設備進行EMC測試設備時，要充分地考慮到多種不同的問題和情形。為了順利完成測試，工作人員還要對系統(tǒng)內部存在的，可能引起敏感度失效和電磁輻射的電路進行處理。選取適合的EMC測試設備，優(yōu)化PCB布局、屏蔽、布線和接地等措施，提高設備整機抗干擾性能。

（作者單位為陜西黃河集團有限公司）

[作者簡介：蔣小楠（1967—），男，浙江臺州人，大專，經(jīng)濟師，研究方向：測試儀器及計量管理。]

參考文獻

[1] 楊志剛.“EMC”模式在煤礦企業(yè)管理中的研究與應用[J].內蒙古煤炭經(jīng)濟，2018（2）：71-72.