收稿日期：２００６－０５－０９；修回日期：２００６－０６－２４
基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０４７７０２６）。
作者简介：牛
博（１９８０－），男，博士研究生，从事智能化电器及其电磁兼容性能的研究。
智能电器监控单元的电快速瞬变脉冲群抗扰度研究
牛
博，
宋政湘，
王建华，
耿英三，
王
婧
（ＴｈｅＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＩｎｓｕｌａｔｉｏｎａｎｄＰｏｗｅｒＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｘｉ’ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４９，Ｃｈｉｎａ）
ＳｔｕｄｙｏｎＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＦａｓｔＴｒａｎｓｉｅｎｔＢｕｒｓｔＩｍｍｕｎｉｔｙｏｆＤｉｇｉｔａｌＲｅｌａｙ（西安交通大学电力设备与电气绝缘国家重点实验室，陕西西安７１００４９）
ＮＩＵＢｏ，ＳＯＮＧＺｈｅｎｇ－ｘｉａｎｇ，ＷＡＮＧＪｉａｎ－ｈｕａ，ＧＥＮＧＹｉｎｇ－ｓａｎ，ＷＡＮＧＪｉｎｇ
文章编号：１００１－１６０９（２００７）０１－００１４－０４
摘要：讨论了电快速瞬变脉冲群干扰的产生机理和特征，分析了电快速瞬变脉冲群在智能电器监控单元各个端口的传播途径，进行了相应的抗干扰设计，通过试验证明采取预防措施后装置的抗干扰能力得到提高。关键词：智能电器监控单元；电磁兼容；
电快速瞬变脉冲群；抗扰度
中图分类号：ＴＭ７７
文献标识码：Ａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＥＦＴ／ＢａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇｔｒａｃｋｏｆＥＦＴ／Ｂｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｐｏｒｔｓｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅａｎｔｉ－ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｄｅｓｉｇｎｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｄｉｔｉｓｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｅｒｉｍｍｕｎｉｔｙｄｅｓｉｇｎｃａｎｅｎｈａｎｃｅｔｈｅａｎｔｉ－ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｇｉｔａｌｒｅｌａｙ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ；
ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｆａｓｔｔｒａｎｓｉｅｎｔｂｕｒｓｔ；ｉｍｍｕｎｉｔｙ
０
引言
电力系统中电磁环境异常复杂，在正常和异常
运行状态下都会产生各种电磁干扰，在实验室进行定量或定性分析模拟的电磁干扰的电磁兼容试验中，ＥＦＴ／Ｂ（电快速瞬变脉冲群）由于脉冲上升时间极短、幅值高且重复率高而成为抗扰性试验中最容易出现问题的一个项目。近年来对智能电器监控单元、微机保护装置等二次侧微机设备的电快速瞬变脉冲群抗扰度的研究已经成为一个热点，但以往的研究工作多集中在通过相应干扰措施使得装置通过电磁兼容实验，并未给出不同抗干扰措施的选择依据和试验效果对比［１－２］。因此，笔者分析了电磁干扰的情况和电快速瞬变脉冲群（ＥＦＴ／Ｂ）对智能电器监控单元的影响，针对装置的不同端口系统提出了相
应抑制措施以及不同措施的选择依据，并通过试验波形的对比使之得到验证。
１ＥＦＴ／Ｂ产生机理及其危害
在ＥＦＴ／Ｂ模拟低压回路中，感性负载的切换
（如机电式继电器、接触器等）所产生的暂态干扰，
其典型暂态过程见图１
。
在电弧复燃和熄灭这一过程中，开始脉冲电压幅值低，频率高，随着触点间隙的增大，脉冲电压越来越高，但脉冲频率下降。实测表明，脉冲电压可达５ｋＶ，脉冲重复频率为１０ｋＨｚ～１ＭＨｚ［３］。国际标准及国家标准中的电快速瞬变脉冲群抗扰度试验就是为模拟这种暂态干扰而规定的，其试验波形见图２，试验电压１～４级分别为０．５，１，２，４ｋＶ［４－５］。
ＥＦＴ／Ｂ对二次设备的控制电路有很大的影响，
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一串低能量的脉冲群作用于传输线上，使干扰电平的幅度最终超过电路的噪声门限，从而造成数据采集系统误差加大、控制状态失灵、数据受干扰发生变化、程序运行失常等严重后果［１］。
ＥＦＴ／Ｂ单个脉冲（２ｋＶ，５ｎｓ／５０ｎｓ）的频谱见图３。由图中可以看出：①ＥＦＴ／Ｂ的频带较宽，可以达到３００ＭＨｚ以上；②能量主要集中在４０ＭＨｚ以下的区域；③３００ＭＨｚ以上的干扰已经很小，所以在抑制快速瞬变干扰时，主要考虑１００ＭＨｚ以下的频率成分。
２
智能电器监控单元干扰端口的定义
智能电器监控单元由输入、中央控制
、输出和通
信４大模块组成，监控单元输入模块主要完成对开关元件各种运行状态、参数和特性的在线检测，并将检测结果送入中央控制模块，由中央控制模块完成对开关电器元件运行状态和参数的处理，使其按照指定的方式进行操作。其中的运行参数还可以通过现场总线、数字通信网络等上传至上位机，并接受发送的有关信息和指令。常见的监控单元包括电子脱扣器、马达控制器、双电源转换器、电能质量监控器等。
电磁干扰以辐射和传导方式侵害设备。端口就是传输的“界面”或途径，通过这些端口，电磁干扰进入或出自被考虑的设备。干扰的性质和程度与端口类型有关。辐射干扰出现在设备周围的媒介中，传导干扰出现在各种金属性媒介中。参考ＩＥＣＴＣ９５量度继电器和保护设备委员会提出的“量度继电器和保护装置的电磁兼容要求（ＩＥＣ６０２５５－２６）”的提案，针对电快速瞬变脉冲群，智能电器监控单元的端口可具体定义如下［６］：①电源端口为装置的交流／直流辅助激励量输入；②功能接地端口是装置连接到大地的端口；③输入端口是为了实现某些功能，装置被激励或控制的端口，例如电流、电压互感器，开关量、模拟量输入等；④通信端口为通信系统或者控制系统提供的与装置永久连接的低能量信号接口。
３ＥＦＴ／Ｂ抗扰度对策分析
提高设备抗干扰性的最根本途径是在设备的设
计研制阶段就考虑到电磁兼容性的要求，进行电磁兼容性能的考核，下面对智能电器监控单元的各个
端口进行抗扰度分析。
３．１电源端口
电源端口是电磁干扰最易进入的通道，从其它
端口耦合的干扰都可以通过电源构成回路，从而降低设备的抗扰度。电源回路抑制ＥＦＴ／Ｂ干扰的方法
主要采用滤波。图４为监控单元的电源回路设计。
电源回路采用分布式供电，多级电压变换，使得各个工作模块电源独立，模块之间不会产生相互干扰。另外，在电源入口处安装反射式电源滤波器来阻止干扰信号通过，在开关电源出口处安装吸收式滤波器来吸收外界和开关电源产生的干扰信号。
反射式滤波器的工作原理是在射频电磁波的传输路径上形成很大的特性阻抗不连续性，将射频电磁波中的大部分能量反射回源处［７］。大多数反射式电源滤波器是按照源和负载阻抗５０Ω设计的，根据信号传输理论，滤波器输入端口与骚扰源输出端口的端接、滤波器输出端口与负载的端接应遵循阻抗失配原则，即设计滤波器的阻抗应远大于５０Ω。而另一方面，滤波器中所采用的串联电感容量受到电源频率下允许电压降的限制，并联的滤波电容容量受到允许接地漏电流的限制，均不能选择太大。另外，由于源阻抗和负载阻抗总是处于不断变化之中，滤波器的性能在实际情况下往往不能达到最佳。因此，采用试验的方法对滤波器进行选择，图５示出了在快速瞬变脉冲群试验（ＥＦＴ／Ｂ）峰值为５００Ｖ时，电能质量监测器电源模块安装两种不同的电源滤波器的差模试验波形比较，通过比较，针对不通的装置、不同的负载选择合适的电源滤波器。
吸收式滤波器是将干扰信号吸收掉，以达到滤波的目的。在智能电器监控单元中，考虑到体积与
价格因素，多采用有损耗滤波器，其基本原理是选用具有高损耗系数或高损耗正切角的电介质，把高频电磁能量转换成热能。在实际使用中是将铁氧体类的物质制成磁珠，磁珠在低频段呈现出非常低的感性阻抗不会影响数据和有用信号的传输，在高频段虽然阻抗增加，但感性分量仍很小，电阻分量却迅速增加，将高频干扰能量转化成热能消耗掉。铁氧体磁珠由铁氧化物、钴、镍或锰、锌及稀土元素组成，其磁导率μ＝μ′－μ″，其中μ′为弹性磁导率，表现为感性；μ″为粘性磁导率，表现为阻性且随频率增加而变大。其阻抗可表示为［８］：
Ｚｓ＝ｊωＬｓ＋Ｒｓ＝ｊωＬ０（μ′－μ″）（１）
Ｌ０＝４πＮ２×１０－９
ｃ１，ｃ１＝２π
ＨｌｎＤ０
Ｄ１
式中：ω为角频率；Ｌ
０为空心电感；ｃ
１
为几何尺寸；
Ｈ为铁氧体磁珠长度；Ｄ０，Ｄ１分别为铁氧体磁珠外径、内径。
由式（１）可看出，铁氧体对干扰的抑制程度不仅与其本身的μ值有关，还与其几何尺寸有关，铁氧体部分的体积越大，即磁珠内径越小、外径越大、长度越长，对干扰抑制效果越好。因此，设计时应选用单个磁珠而尽量避免采用串联磁珠。图６（ａ），６（ｂ），６（ｃ），６（ｄ）分别为在电源通道不加装磁珠、加装大体积磁珠、小体积磁珠和串联磁珠的ＥＦＴ／Ｂ峰值１ｋＶ的差模试验波形。
３．２交流量输入端口
智能电器监控单元监测的是交流量电压、电流等电量信号，图７示出了信号输入通道前面的前端保护电路。压敏电阻、瞬变电压吸收管（ＴＶＳ）与电感、电容等通过合适的电路配合使用，对抑制干扰具有很好的效果。
在实际使用中，ＴＶＳ和压敏电阻选用的标称电压
值一般分别为保护电压的１．２～１．４倍，其中的Ｔ
１
，Ｔ２，Ｔ３和Ｔ４是瞬变干扰吸收管，可根据具体情况选用压敏电阻、ＴＶＳ或两者的组合。当通道输入端产生
差模瞬态干扰时，Ｔ
１
，Ｔ２起作用，通过回路１，２吸收瞬变作用，通过回路３，４吸收瞬变干扰。另外，可在Ｔ３，Ｔ４后面加上ＬＣ电路，用来吸收高频干扰［９］。图８为ＥＦＴ／Ｂ１ｋＶ差模试验保护电路前端与后端波形比较，可以看出保护电路对ＥＦＴ／Ｂ有很好的抑制作用。
３．３开关量输入端口
开关型现场参量是智能电器监控单元监控的一种典型参量，这种参量本身只有两种状态，如断路器触点的分合、继电器的开闭、脉冲式电度表的输出脉冲有无等，这些信号都需要信号的变换、隔离，才能经由Ｉ／Ｏ通道由ＣＰＵ处理。开关量输入通道的设计见图９，其中：Ｚ１为１８Ｖ稳压管，将开通门槛电压设置在１８Ｖ，可以抑制低于１８Ｖ的干扰信号；Ｄ１用来将负的干
扰信号短路掉，保护光耦原边免遭反向击穿；Ｒ
５
为光
耦原边阳极输入端的下拉电阻，在Ｋ
１
断开状态下，将
光耦的阳极拉低
，保证开路状态下信号稳定。
开关量通道设计的特点是当隔离信号采用的光电管开通和关断时，负载阻抗变化非常大，因此采用滤波器串联的方法减少阻抗变化的影响。源阻抗和负载阻抗可以选择Ｌ形低通滤波器，而考虑到价格和体积因素，单个滤波器可采用ＲＣ滤波网络。两级ＲＣ滤波器的拓扑结构见图１０。Ｌ形ＲＣ低通滤波器
的上限截止频率ｆ
ｈ
＝１／（２πＲＣ），通过调整Ｒ，Ｃ的值
选择ｆ
ｈ
，ｆｈ太大则不能滤除干扰信号，但ｆｈ太小又会使有用信号畸变严重。
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滤波网络传递函数为式（２
）：
Ａ（Ｓ）＝
１Ｒ１Ｒ２Ｃ１Ｃ２Ｓ２
＋（Ｒ１Ｃ１＋Ｒ２Ｃ２＋Ｒ１Ｃ２）Ｓ＋１
（２）
若增大后级的ＲＣ阻抗，对前级造成的负载效应忽略不计，则形成两个独立的网络串连，后级阻抗为式（３）：
Ｚｍ＝
ｍ２
Ｒ２
＋ｍ２ω２Ｃ２!
＝ｍＲ２＋１ω２Ｃ
２
!
（３）当满足后级的电阻是前级的ｍ倍，电容为前级的１／ｍ时，滤波器衰减４０ｄＢ／１０倍频程。通过仿真可以选择Ｒ，Ｃ的值，使得干扰信号尽量衰减的同时
有用信号不失真。通过这种方法选择的滤波网络可以有效地滤除叠加在有用信号上的干扰信号，波形见图１１，图中干扰信号衰减到很小的幅度，而有用信号基本没有失真。最后通过４级ＥＦＴ／Ｂ试验验证了设计的可行性。
３．４功能接地与通信端口
在接地方面，监控单元采用了浮地－屏蔽接地方式，即模拟信号和数字信号的工作地悬浮，装置外壳机箱屏蔽接地。浮地方式可使监测装置的微机系统不受大地电流的影响，提高了装置的抗干扰性能。装置外壳机箱采用屏蔽接地，无论从电磁感应干扰的角度，还是从人身设备安全的角度，都是十分有效的措施［９］。
网络化是智能电器监控单元的发展趋势，远方工作站对其覆盖范围内的网络节点和现场设备进行监控和管理，为了防止监测装置上产生的电磁干扰通过通信网络传到ＰＣ机上，装置可采用光纤收发器等实现对网络的光电隔离，目前市场上光纤收发器的价格已可以满足成本要求。
４
结语
智能电器监控单元与所监控的电器设备处于同一电磁空间，很容易受到电器设备开断时所产生的电磁干扰的影响，因此对智能电器监控单元的电快速瞬变脉冲群抗扰度研究有着重要的意义。在监控单元中通过采取上述的相应措施，解决了瞬变脉冲群干扰的问题。实践证明，运用这些方法设计的监控单元已通过国家标准４级ＥＦＴ／Ｂ抗扰度试验，为今后的监控单元的抗干扰设计提供了参考依据。
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（上接第１３页）
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电快速脉冲群实验（IEC 61000-4-4 EFT/Burst Test）及其对策综述 一．试验波形电快速瞬变脉冲群抗扰度试验，目的是验证由闪电、接地故障或切换电感性负载而引起的瞬时扰动的抗干扰能力。这种试验是一种耦合到电源线路、控制线路、信号线路上的由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群试验。此波形不是感性负载断开的实际波形（感性负载断开时产生的干扰幅度是递增的），而实验所采用的波形使实验等级更为严酷。电快速脉冲群是由间隔为300ms的连续脉冲串构成，每一个脉冲串持续15ms，由数个无极性的单个脉冲波形组成，单个脉冲的上升沿5ns，持续时间50ns，重复频率5K。根据傅立叶变换，它的频谱是从5K--100M的离散谱线，每根谱线的距离是脉冲的重复频率。 二．实验设备 1.电快速脉冲发生器其中储能电容的大小决定单个脉冲的能量；波形形成电阻和储能电容配 合，决定了波形的形状；阻抗匹配电阻决定了脉冲发生器的输出阻抗（标准为50欧姆）；隔直电容则隔离了脉冲发生器中的直流成分。 2.耦合/去耦网络交/直流电源端口的耦合/去耦网络（CDN---Couple and Decouple networks）， 这个网络提供了在不对称条件下把试验电压施加到受试设备的电源端口的能力。这里所谓不对称干扰是指电源线与大地之间的干扰。可以看到从试验发生器来的信号电缆芯线通过可供选择的耦合电容加到相应的电源线（L1、L2、L3、N及PE）上，信号电缆的屏蔽层则和耦合/去耦网络的机壳相连，机壳则接到参考接地端子上。耦合/去耦网络的作用是将干扰信号耦合到EUT并阻止干扰信号干扰连接在同一电网中的不相干设备。一些电快速脉冲发生器已将耦合/去耦网络集成于一体。 3.电容耦合夹关于电容耦合夹的应用，在GB/T17626.4的第6.3节中指出，耦合夹能在受试 设备各端口的端子、电缆屏蔽层或受试设备的任何其他部分无任何电连接的情况下把快速瞬变脉冲群耦合到受试线路上。受试线路的电缆放在耦合夹的上下两块耦合板之间，耦合夹本身应尽可能地合拢，以提供电缆和耦合夹之间的最大耦合电容。耦合夹的两端各有一个高压同轴接头，用其最靠近受试设备的这一端与发生器通过同轴电缆连接。高压同轴接头的芯线与下层耦合板相连，同轴接头的外壳与耦合夹的底板相通，而耦合夹放在参考接地板上。 三. 实验设置 下面是在实验室进行电快速脉冲群抗扰度试验时所必须的配置： 1.参考接地板用厚度为0.25mm以上的铜板或铝板（需提醒的是，普通铝板容易氧化，易造成 试验仪器、受试设备的接地电缆与参考接地板之间塔接不良，宜慎用）；若用其他金属板材，要求厚度大于0.65mm。参考接地板的尺寸取决于试验仪器和受试设备，以及试验仪器与受试设备之间所规定的接线距离（1m）。参考接地板的各边至少应比上述组合超出0.1m。参考接地板应与实验室的保护地相连。 2.试验仪器（包括脉冲群发生器和耦合/去耦网络）放置在参考接地板上。试验仪器用尽可能 粗短的接地电缆与参考接地板连接，并要求在搭接处所产生的阻抗尽可能小。 3.受试设备用0.1±0.01m的绝缘支座隔开后放在参考接地板上（如果受试设备是台式设备，则 应放置在离参考接地板高度为0.8±0.08m的木头桌子上）。受试设备（或试验桌子）距参考接地板边缘的最小尺寸满足项1（0.1m）的规定。受试设备应按照设备的安装规范进行布置和连接，以满足它的功能要求。另外，受试设备应按照制造商的安装规范，将接地电缆以尽量小的接地阻抗连接到参考接地板上（注意，不允许有额外的接地情况出现）。当受试设备只有两根电源进线（单相，一根L，一根N），而且不设专门接地线时，受试设备就不能在试验时单独再拉一根接地线。同样，受试设备如果通过三芯电源线进线（单相，一根L，一根N，及一根电气接地线），未设专门接地线时，则此受试设备也不允许另外再设接地线来接地，
常见电磁兼容和电性能检测检测项目 广电计量杜亚俊 电磁兼容和电性能检测综述 (1) 汽车整车及零部件 (1) 汽车整车 (2) 汽车电子部件 (2) 航空机载 (3) 轨道交通 (4) 国防军工 (5) 电磁 (7) 无线通信与通信基站干扰排查 (8) 无线通信产品 (9) 其他电子设备 (12) 多国认证 (14) 产品电磁兼容设计整改服务 (16) 研发设计服务 (16) 失效分析与整改调试服务 (16) 技术培训服务 (17)
电磁兼容和电性能检测综述 广电计量在广州、武汉、北京、无锡检测基地建有电磁兼容实验室，并与各 地电磁兼容检测机构和实验室达成战略合作，为各大企业解决电磁兼容与电 磁辐射影响的各类安全问题。下设技术研究院所属的电磁兼容研究所为客户 提供电磁兼容设计、标准建立以及科研项目验收等服务。 服务类型： ●汽车整车及零部件 ●航空机载 ●轨道交通 ●电力设备 ●医疗用电子设备 ●国防军工 ●电磁 ●无线通信及其他电子设备 ●船载电子设备 汽车整车及零部件 广电计量汽车电磁兼容检测能力获日产、神龙、江淮、吉利、宇通等整车厂认可，完全满足民品汽车整车及零部件电磁兼容检测领域有关国际、国家和行业标准，以及各车厂标准，汽车电子电磁兼容检测技术能力处于行业领先水平。 审核认可： 日产认可实验室 神龙认可实验室 江铃认可实验室 广汽认可实验室 一汽轿车认可实验室
E8/E9/E11认可实验室 北汽认可实验室 众泰认可实验室 …… 汽车整车 所有乘用车、商用车、货车及挂车 ■检测项目■检测标准 整车对外电磁辐射GB14023/CISPR 12 整车对内辐射GB18655/CISPR 25 整车辐射抗干扰ISO 11451-2 整车大电流（BCI）ISO 11451-4 整车静电放电（ESD）GB/T 19951/ISO 10605 汽车电子部件 汽车电子控制装置：包括动力总成控制、底盘和车身电子控制、舒适和防盗系统等。 车载汽车电子装置：包括汽车信息系统(车载电脑)、车灯、汽车胎压监测系统、导航系统、汽车视听娱乐系统、车载通信系统、车载网络、倒车影像后视系统、车载领航员后视摄像头等。 新能源高压部件：包括高压电池包、DC/DC转换器、充电机、高压空调等。 ■检测项目■检测标准 CE传导骚扰中国标准GB系列、QC/T系列 RE辐射骚扰国际标准ISO系列 低频磁场骚扰测试欧盟标准ECER10 BCI 大电流注入美国SAE J系列 RI电波暗室法辐射抗扰度NISSAN尼桑28401NDS02 瞬态抗扰度低频磁场抗扰度BMW宝马Gs95002
1.采用标准 IEC 61000-6-4：EMC 通用标准工业环境的辐射标准 (EN50081-2) Electromagnetic compatibility (EMC). Generic standards. Emission standard (EN50082-2) for industrial environments （EN55022） EN55011:2003:<<工业、科学和医疗（ISM）射频设备电磁骚扰特性的测量方法和限值>> IEC 61000-4-2：试验与测量技术第二部分：静电放电抗扰性试验 (EN 61000-4-2-95) Testing and Measurement Techniques Section 2: Electrostatic Discharge Immunity Test IEC 61000-4-3：试验与测量技术第三部分：射频电磁场辐射抗扰性试验 (EN 61000-4-3-97) Testing and Measurement Techniques Section 3: Radiated, radio frequency, Electromagnetic Field Immunity Test IEC 61000-4-4：试验与测量技术第四部分：电快速瞬变脉冲群抗扰性试验 (EN 61000-4-4-95) Testing and Measurement Techniques Section 4: Electrical Fast Transient/Burst Immunity Test IEC 61000-4-5：试验与测量技术第五部分：浪涌（冲击）抗扰性试验 (EN 61000-4-5-95) Testing and Measurement Techniques Section 5: Surge Immunity Test IEC 61000-4-6：试验与测量技术第六部分：射频场感应传导骚扰抗扰性试验 (EN 61000-4-6-96) Testing and Measurement Techniques Section 6: Immunity to Conducted Disturbances, Induced by radio-frequency Fields IEC 61000-4-8：试验与测量技术第八部分：工频磁场的抗扰度试验 (EN 61000-4-8-93) Testing and Measurement Techniques Section 8: Power Frequency Magnetic Field Immunity Test
摘要：量度继电器、继电保护及自动化装置(以下简称继电器及装置)随着电子技术的发展已实现微机化及数字化。在电力系统恶劣的电磁环境中经常受到电磁骚扰，出现电磁干扰的几率很大，严重影响量度继电器及装置的正常工作。其中影响较大的是瞬态脉冲骚扰。本文从分析瞬态脉冲骚扰产生的原因着手，总结出各种瞬态脉冲骚扰的特征，提出抑制的方法。 关键词：瞬态脉冲骚扰；原因及特征；抑制方法。 1 引言 在电力系统的电磁环境中存在着一些短暂的高能量的脉冲骚扰源，这些骚扰对继电器及装置的正常工作有非常大的影响，严重时也要损坏元器件，甚至损坏设备以至于整个系统。这些骚扰源就称为瞬态脉冲骚扰源。产生瞬态脉冲骚扰源的原因有：雷电放电、静电放电、电力系统的开关动作过程等。常见的瞬态脉冲骚扰源有电快速瞬变脉冲群骚扰、静电放电骚扰、浪涌(冲击)骚扰及1MHz(100kZHz)脉冲群骚扰等。 2 瞬态脉冲骚扰的产生原因 2.1 瞬态脉冲骚产生的机理 在开关断开电感负载电路的过程中，在电感上要产生反电势。根据楞次定律：这个反电势应为。反电势要向寄生电容C反向充电，随着充电电压的升高，当达到一定数值时，在触点之间要出现击穿现象，形成导电通路。一旦出现导电通路时，电容C就要开始放电，使电压下降，当电压降到维持触点导通电压以下时，触点又将处于断开状态。上述过程就要重复发生，此过程重复到触点的间距大至电容上电压不能使触点间再击穿为止。当电容不能通过击穿触点放电时，就通过电感回路放电，直至电感中能量消耗完为止。 在上述过程中，电容C每次击穿触点时都要向电源回路反向充电，因此在电源回路上形成很大的脉冲电流，由于电源回路也有阻抗存在，脉冲电流通过电源回路时，在其两端就要形成脉冲电压，而共用此电源回路的其它的电路(或继电器及装置就要受到该脉冲电压的影响。这就是瞬态脉冲骚扰形成的原因。随着触点间隙的变化，击穿触点间隙所需要的电压是变化的。当触点间隙越来越大时，击穿电压越来越高。因此电容C上的电压也要越来越高。当触点击穿所需要的电压越高时，电容充电的时间就越长，振荡波形的频率就越低。 2．2 主要的瞬态脉冲骚扰的产生及特点 (1) 电快速瞬变脉冲群骚扰 电快速瞬变脉冲群骚扰是由于电路中断开感性负载时产生的。它的特点是骚扰信号不是单个脉冲，而是一连串的脉冲群。一方面由于脉冲群可以在电路的输入端产生积累效应，使骚扰电平的幅度最终可能超过电路的噪声容限。另一方面脉冲群的周期较短，每个脉冲波的间隔时间较短，当第一个脉冲波还未消失时，第二个脉冲波紧跟而来。对于电路中的输入电容来说，在未完成放电时又开始充电，因此容易达到较高的电压，这样对电路的正常工作影响甚大。 电快速瞬变脉冲群骚扰源的电压的大小取决于负载电路的电感，负载断开速度和介质的耐受能力。 这类骚扰电压的特征是：幅值高、频率高。当触点断开时，电感电路中的电流企图继续通过，在触点之间产生高压，并引起电弧的重燃，这样就会产生一连串的电压脉冲叠加到继电器及装置连接的电源上。 电快速瞬变脉冲群骚扰电压主要是共模电压。它是通过电容耦合间接传输至其它电路，当由一个电路的电压产生的电场和第二个电路的导体交链时就会产生电容耦合。 (2) 浪涌(冲击)骚扰 浪涌(冲击)骚扰是雷电在电缆上感应产生的骚扰，它也可能在很大功率的开关在断开过程中产生。冲击(浪涌)骚扰的特点就是能量很大，在室内，浪涌(冲击)电压可达到6kV，室外可
图1. 单相供电设备接线图 将受试设备的供电网络接入仪器后面板的“EUT电源输入端”，将受试设备的电源端接至仪器前面板的，注意相线（L线）、中线（N线）、地线（PE线）一一对应。 的“带护套双插拔测试线”（标准配置） 将仪器前面板上的接地端子（SG）与参考接地板相连，接线须短而粗，长宽比小于3:1。 IEC61000-4-4最新标准的相关要求进行配置。本配置主要以“在实验室进行的型“在设备最终安装条件下对设备进行的安装后试验”配置请参考用户手册。另，我司主要以产品电源线上的抗干扰试验为主，因此重点讲述“电源线抗干扰”试验配置。
图2. 台式设备电源线抗干扰试验配置图① 图3. 台式设备电源线抗干扰试验配置图② 地面设备信号线抗干扰性试验配置（接线要求与台式设备相同）
图3. 自动模式测试界面图4. 手动模式测试界面
解决方案：重新设置测试时间（test time）、重复时间（repetition）。使测试时间大于重复时间。 每脉冲群持续时间大于重复时间 解决方案：重新设置每脉冲群个数（Number of pulses）、重复时间（repetition 注：每脉冲群持续时间（ms）=每脉冲群个数* 1/脉冲频率（Spike Fre） 解决方案：设置合适的耦合路径。 EUT供电电源是否正常，EUT电源是否接入，“EUT POWER 每秒脉冲个数超出
解决方案：重新设置每秒脉冲个数或重复时间，使每秒脉冲个数符合要求。 最大每秒脉冲个数与试验电压成一定的反比关系，电压越大，每秒脉冲个数越少。如：试验电解决方案：重新设置测试时间或重复时间，使测试时间至少可完成一次渐变周期。
学习、实践、提高 EMC试验讲解
概述 电磁兼容性（EMC）：设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力 EMC包括EMI和EMS两个方面 电磁干扰（EMI）：电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降 电磁敏感性（EMS）：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
EMC试验项目 EMI试验：辐射发射测试（RE） 传导发射测试（CE） EMS试验：静电放电抗扰度试验（ESD） 浪涌抗扰度试验（Surge） 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验（EFT） 电压瞬时跌落和短时中断抗扰度试验 射频场感应传导抗扰度试验（CS） 射频电磁场辐射抗扰度试验（RS） 工频磁场抗扰度试验 电力线接触和电力线感应试验
辐射发射测试 参考标准GB9254-1998（idt CISPR 22:1997) 测试目的：检查被测设备以辐射方式向外发出 的电磁骚扰水平是否在规定的限值范围内 测试方法：被测设备和宽带天线置于电波暗室中，用天线接收被测设备各个方向的对外辐射骚扰，通过测量接收机扫描测出骚扰值
辐射发射测试注意事项 应尽量保证环境噪声电平至少比标准规定的限值低6dB EUT要放在一个可360度旋转的转台上，天线应可以在1m与4m高度范围内升降，天线应测量水平和垂直两种极化，EUT必须在30－1000MHz频带内满足准峰值限值的要求 EUT的配置、安装、布置和运行应与典型应用情况一致，应将接口电缆、负载或装置与EUT中的每一种类型的接口端口中的至少一个端口相连。如果可能，应按照设备实际应用 中的典型情况端接每一根电缆 如果存在同一类型的多个接口，依据预试验的结果，可能有必要对EUT添加互连电缆、负载或装置。添加电缆的数目会受限于：电缆增加的结果不会使预试验中相应于限值的余量有明显的降低（如2dB），有关端口的配置和负载的选择，其理由应在试验报告中注明 互连电缆应符合具体设备要求中所规定的型号和长度，如果规定的长度可变，则应选用会产生最大发射的长度 如果在测试期间使用了屏蔽的或特殊的电缆以满足限值的要求，则应在使用说明书中注明建议使用这种电缆 电缆超长部分应在电缆的中心附近折叠后捆扎起来，折叠长度为30cm—40cm。如果由于电缆体积过大或不易弯曲，或由于在用户安装场所所进行测试而无法这样做，则应在测试报告中准确注明对电缆超长部分所做的安排 对于通常带有多个模块的设备应按典型应用中的模块数目和组合情况进行试验，实际使用的附加的插卡数量受限于：添加的线路板或扩充卡的数量不会使其相应限值和余量有明显的下降（如2dB），选择模块的数量和类型的理由应在试验报告中注明
快速脉冲群测试原理及对策 快速瞬变脉冲群干扰机理 1.实验的目的 电快速瞬变脉冲群EFT试验的目的是验证电子设备机械开关对电感性负载切换、继电器触点弹跳、高压开关切换等引起的瞬时扰动的抗干扰能力。这种试验方法是一种耦合到电源线路、控制线路、信号线路上的由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群试验。容易出现问题的场合有电力设备或监控电网的设备、使用在工业自动化上面的设备、医疗监护等检测微弱信号设备。 2.干扰的特点 EFT的特点是上升时间快，持续时间短，能量低，但具有较高的重复频率。EFT一般不会引起设备的损坏，但由于其干扰频谱分布较宽，会对设备正常工作产生影响。其干扰机理为EFT对线路中半导体结电容单向连续充电累积，引起电路乃至设备的误动作。 1）电快速瞬变脉冲群测试及相关要求 不同的电子、电气产品标准对EFT抗扰度试验的要求是不同的，但这些标准关于EFT抗扰度试验大多都直接或间接引用GB/T17626.4这一电磁兼容基础标准，并按其中的试验方法进行试验。下面就简要介绍一下该标准的内容。 2）信号发生器和试验波形 a）信号发生器 其中，U为高压直流电源，Rc为充电电阻，Cc为储能电容，Rs为内部的放电电阻，Rm为阻抗匹配电阻，Cd为隔直电容，R0为外部的负载电阻，Cc的大小决定了单个脉冲的能量，Cc和Rs的配合决定了脉冲波的形状（特别是脉冲的持续时间），Rm决定了脉冲群发生器的输出阻抗（标准规定是50Ω），Cd则隔离了脉冲群发生器输出波形中的直流成分，免除了负载对脉冲群发生器工作的影响。b）实验波形 试验发生器性能的主要指标有三个：单个脉冲波形、脉冲的重复频率和输出电压峰值。GB/T17626.4要求试验发生器输出波形应如图1，2所示。
常用的EMC标准及试验配置
EMS部份为EN55024包含7项测试： EN61000-4-2:1998； EN61000-4-3:1998； EN61000-4-4:1995, EN61000-4-5:1995； EN61000-4-6：1996； EN61000-4-8: 1993； EN61000-4-11:1994。 EMC检测主要项目: 空间辐射 (Radiation): EN55011,13,22 FCC Part 15&18, VCCI 传导干扰 (Conduction): EN55011,13,14-1,15,22, FCC Part 15&18, VCCI 喀呖声(Click): EN55014-1 功率辐射(Power Clamp): EN55013,14-1 磁场辐射(Magnetic Emission): EN55011,15 低频干扰(Low Frequency Immunity): EN50091-2 静电放电(ESD): IEC61000-4-2、EN61000-4-2、GB/T17626.2 辐射抗扰度(R/S): IEC61000-4-3、EN61000-4-3 、GB/T17626.3 脉冲群抗扰度(EFT/B): IEC61000-4-4、EN61000-4-4 、GB/T17626.4 浪涌抗扰度(SURGE): IEC61000-4-5、EN61000-4-5、GB/T17626.5 传导骚扰抗扰度(C/S): IEC61000-4-6、EN61000-4-6 、GB/T17626.6
工频磁场抗扰度(M/S): IEC61000-4-8、EN61000-4-8、GB/T17626.8 电压跌落(DIPS): IEC61000-4-11、EN61000-4-11、GB/T17626.11 谐波电流(Harmonic): IEC61000-3-2、EN61000-3-2 电压闪烁(Flicker): IEC61000-3-3、EN61000-3-3 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。 电磁兼容三要素：任何电磁兼容性问题都包含三个要素，即干扰源、敏感源和耦合路径，这三个要素中缺少一个，电磁兼容问题就不会存在。 产生电磁干扰的条件: 突然变化的电压或电流，即dV/dt或dI/dt很大；辐射天线或传导导体。 电磁兼容标准对设备的要求有两个方面：一个是工作时不会对外界产生不良的电磁干扰影响，另一个是不能对外界的电磁干扰过度敏感。前一个方面的要求称为干扰发射要求，后一个方面的要求称为敏感度要求。 电磁能量从设备内传出或从外界传入设备的途径只有两个，一个是以电磁波的形式从空间传播，另一个是以电流的形式沿导线传播。因此，电磁干扰发射可以分为：传导发射和辐射发射；敏感度也可以分为传导敏感度和辐射敏感度。 电磁兼容标准分为基础标准、通用标准、产品类标准和专用产品标准。 基础标准：描述了EMC现象、规定了EMC测试方法、设备，定义了等级和性能判据。基础标准不涉及具体产品。 产品类标准：针对某种产品系列的EMC测试标准。往往引用基础标准，但根据产品的特殊性提出更详细的规定。 通用标准：按照设备使用环境划分的，当产品没有特定的产品类标准可以遵循时，使用通用标准来进行EMC测试。对使设备的功能完全正常，也要满足这些标准的要求。 关于制订电磁兼容标准的组织和标准的介绍： IEC（国际电工委员会）：有两个平行的组织制订EMC标准，CISPR和TC77。 CISPR（国际无线电干扰特别委员会）：1934年成立。目前有七个分会：A分会（无线电干扰测量方法与统计方法）、B分会（工、科、医疗射频设备的无线电干扰）、C分会（电力线、高压设备和电牵引系统的无线电干扰）、D分会（机动车和内燃机的无线电干扰）、E 分会（无线接收设备干扰特性）、F分会（家电、电动工具、照明设备及类似电器的无线电干扰）、G分会（信息设备的无线电干扰）。
JJF(电子)30384-2007 电快速瞬变脉冲群校准规范 1 范围 本规范适用于电快速瞬变脉冲群发生器的校准，也适合于多功能电磁抗扰度测试仪的电快速瞬变脉冲群部分的校准。 2 引用文献 GB17626.4-1998 电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 3 概述 电快速瞬变脉冲群发生器（Electrical Fast Transient/Burst Generator,以下简称发生器）是电磁兼容抗干扰试验中用到的重要仪器。发生器主要用于模拟沿电网传播或从信号线耦合的电快速瞬变脉冲群对电子仪器设备的冲击过程，考察被测试电子仪器设备的抗电快速瞬变脉冲群的能力。发生器主要由直流电压发生器、放电开关、波形网络组成。 4 计量性能要求 4.1 单脉冲电压峰值 范围：（0~4）kV，最大允许误差±10%（分别在50Ω、1000Ω负载时）。 4.2 单脉冲上升时间 5ns，最大允许误差±30%（分别在50Ω、1000Ω负载时）。 4.3 单脉冲持续时间 50ns，最大允许误差±30%（分别在50Ω、1000Ω负载时）。 4.4 单脉冲重复频率 5kHz、100kHz，最大允许误差±20%。 4.5 脉冲群持续时间 单脉冲重复为5kHz时，脉冲群持续时间为15ms，最大允许误差±20%； 单脉冲重复为100kHz时，脉冲群持续时间为0.75ms，最大允许误差±20%。 4.6 脉冲群周期 300ms，最大允许误差±20%。 图1 脉冲群波形图
5 校准条件 5.1 环境条件 5.1.1 温度：（23±5）℃ 5.1.2 相对湿度：（65±15）% 5.1.3 周围无影响正常校准工作的电磁干扰和机械震动。 5.2 对标准设备的要求 5.2.1 50Ω脉冲高压衰减器：功率≥2W，带宽≥400MHz，衰减器的输入阻抗和输出阻抗为50Ω。 5.2.2 1000Ω脉冲高压衰减器：功率≥2W，带宽≥400MHz，衰减器的输入阻抗为1000Ω，输出阻抗为50Ω。 5.2.3 数字存储示波器：带宽≥400MHz，幅度测量最大允许误差优于±1.5%。 6 校准项目和校准方法 6.1 外观及结构检查 6.1.1 发生器的标志应符合国家相关技术文件的规定，发生器应明示以下信息： ——产品名称及型号 ——出厂编号（或设备编号） ——生产日期 ——制造厂商（或商标） 6.1.2 发生器应设有接地端钮，并标明接地符号，接地线应完好无损。 6.1.3 发生器的开关、旋钮、按键、接口等控制和调节机构应有明确标志。 6.2 单脉冲电压峰值（分别在50Ω、1000Ω负载时） 校准发生器的单脉冲电压峰值时，使用数字存储示波器和脉冲高压衰减器，其接线如下图： 图2 校准原理图 将发生器的输出直接连接到脉冲高压衰减器的输入端，脉冲高压衰减器的输出端接示波器，校准要分别在50Ω、1000Ω负载时进行。校准方法如下： 6.2.1 示波器和发生器开机预热半小时以上，方可进行测量。 6.2.2 脉冲高压衰减器输出端为BNC头，输入端通常为特殊的SHV头，使用时注意不要接反。如发生器的输出不是SHV头，则应使用转接头连接发生器和脉冲高压衰减器。 6.2.3 示波器设置为50Ω输入阻抗，以及合适的电压、时间档和触发模式。 6.2.4 将发生器调节到需校准点，按开始键。 6.2.5 从示波器读数，并将示波器捕捉到的脉冲波形存储，读取并记录单脉冲峰值电压和单脉冲波形参数。 6.2.6 调节发生器的输出电压，校准下一点。 6.2.7 校准完毕，将发生器输出调节到零。 6.3 单脉冲上升时间（分别在50Ω、1000Ω负载时） 校准发生器的单脉冲上升时间时，其接线图同图2，可以和单脉冲电压峰值的校准同时进行。
编制/日期：蒋修旭 2019-3-2 审核/日期： 批准/日期：EMC61000-4B 快速群脉冲发生器操作手册
第一章面板说明 一、前面板说明 图3EMS61000-4B快速群脉冲发生器前面板示意图 1.EUT电源指示灯：当试品电源输入端已上电，并且“EUT ON”按键按下后，此指示灯亮，表明EUT电源输出端已通电，否则此指示灯熄灭。 2.EUT电源输出端口：此端口可连接被试设备的电源端，供受试设备工作。 3.群脉冲耦合端：通过同轴电缆线或一转三连接器将P.OUT输出端与其中一个或多个耦合端连接，可将群脉冲耦合至相应路径。 4.P.OUT输出端：脉冲群输出口，可与左侧群脉冲耦合端连接。也可用于观察波形或连接电容耦合夹进行信号线试验，观察波形时必须在端口接上高压衰减器和400M以上示波器。 5.接地端（SG）：用于与参考接地板进行连接。 6.“谨防高压”警示灯：当仪器在测试状态时，该警示灯亮。 7.电压调节旋钮：用于调节试验电压，顺时针旋转时电压增大，逆时针旋转时电压减小。开机和关机之前均要将其逆时针旋转到底。 8.操作键
脉冲频率选择：在复位状态下，按此键可进行2.5kHz/5kHz/100kHz脉冲重复频率的切换，相应指示灯会点亮；在设定状态下，按此键为光标循环左移； POS/NEG：在复位状态下，按此键切换试验电压正、负极性，相应指示灯会点亮；在设定状态下，按此键为光标循环右移； EUT.ON：此键用于控制受试设备工作电源的接通和断开；在设定状态下，按此键为光标所在位置数循环减1； △:在设定状态下，按此键为光标所在位置数循环加1； 设定/确定：在复位状态下，按此键可进入试验时间的设定；在设定状态下，按此键确认并完成该项设定。 9.电源开关(POWER)：仪器电源开关。 10.复位键(RESET)：按此键可切断脉冲输出，测试结束，相应警示灯会熄灭。 11.启动键(START)：按此键可启动脉冲输出，测试开始，相应警示灯会闪烁。 12.显示窗口B：时间显示窗口，用于显示试验时间，单位为s。 13.显示窗口A：试验电压显示窗口，用于显示脉冲峰值电压，单位为kV。
EMC检测主要标准 EN55011 《工科医(ISM)射频设备的干扰限值和测量方法》CISPR11、GB4824 EN55013《声音和电视广播接收机及有关设备的无线电干扰特性限值和测量方法》CISPR13、GB13837 EN55014-1《家用电器、电动工具及类似器具的无线电干扰限值和测量方法》CISPR14-1 GB4343 EN55015《电气照明和类似设备的无线电干扰特性限值和测量方法》CISPR15、GB17743 EN55022 《信息技术设备的无线电干扰限值和测量方法》 CISPR22、GB9254 EN61000-6-1《通用标准--家用、商业、轻工业环境的无线电设备的抗扰度限值和测量方法》 EN61000-6-2《通用标准--工业环境的无线电设备抗扰度限值和测量方法》 EN61000-6-3 《通用标准--家用、商业、轻工业环境的干扰限值和测量方法》 EN61000-6-4 《通用标准--工业环境的干扰限值和测量方法》 EN61547 《电气照明和类似设备的无线电抗扰度限值和测量方法》 EN55014-2《家用电器、电动工具及类似器具的无线电抗扰度限值和测量方法》 GB4343.2 EN55024 《信息技术设备的抗扰度限值和测量方法》 GB17618 EN61000-3-2 《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值（单项输入电流≦16A）》EN61000-3-3 《输入电流≦16A的低压供电系统电压波动和闪烁》 EN50091-2 《UPS的EMC限制》 FCC Part 15 《射频设备的无线电干扰限值和测量方法》（美国） FCC Part 18 《工科医类产品的干扰限值和测量方法》（美国） EMC检测主要项目 空间辐射(Radiation) EN55011,13,22 FCC Part 15&18, VCCI 传导干扰(Conduction) EN55011,13,14-1,15,22, FCC Part 15&18, VCCI 喀呖声(Click) EN55014-1 功率辐射(Power Clamp) EN55013,14-1 磁场辐射(Magnetic Emission) EN55011,15
1. 目的: 评价产品在电快速瞬变脉冲群干扰下的抗干扰能力。 （电路中，机械开关对电感性负载的切换，通常会对同一电路中的其他电气和电子设备产生干扰。这类 干扰的特点是：脉冲成群出现、脉冲的重复频率较高、脉冲波形的上升时间短暂、单个脉冲的能量较 低。） 2. 范围: 适用于电源线有接入供电网络的电子电气产品。 3. 定义：暂无 4. 职责: 4.1测试员负责雷击浪涌测试的产品接线、过程测试及异常反馈; 4.2审核人员负责试验记录结果或试验过程状态的确认及巡查。 5. 内容: 图1.单相供电设备接线图 式试验”为例进行配置。“在设备最终安装条件下对 另，我司主要以产品电源线上的抗干扰试验为主，因此重点讲述“电源线抗干扰”试验配置。一1 5.2.1台式设备电源线抗干扰试验配置 受试设备按生产厂的安装要求与接地系统相连接，不允许有额外的接地，受试设备的的电源线长度如 修订日期：页码：2/16控 5.1 试验接线: 1）将受试设备的供电网络接入仪器后面板的“ 2） 5.2 试验配置: EUT电源输入端”，将受试设备的电源端接 、地线（PE线）一一对应。 （标准配置） 接线须短而粗，长宽比小于 F1科1持 按照GB/T17626.4，IEC61000-4-4最新标准的相关要求进行配置。本配置主要以“在 MAI. /'■1 LJ “EUT电源输出端”，注意相线（L线N 线 板相连, 将仪器前面板上的接地端子（SG *注意：请尽量使用50cm的“带护套 EC T ■ 验室进行的型 果超过0.5m，应把电源线折叠在一起，然后放置在距参考接地板上方0.1m 处。
修订日期：页码：3/16控 长度：0. 5m 1趙缘支座 被试设备 群脉冲发竺器 按地参考平面 图2.台式设备电源线抗干扰试验配置图① 长度；0, 5m 1屣缘支座 被试设备 群脉冲发生器 接地参考平面 图3.台式设备电源线抗干扰试验配置图②\ '蕾考孃地板 怪拔堤0.5也 乂下 '忒刮桌 1趙錄支座被试设备 长度：0. 5m 5.2.2地面设备信号线抗干扰性试验配置土接线要求与台式设备相同） 电源 群泳冲注人POUT 电:爆 1 5.2测试机台: 群脉沖发梓器标准接地板 杭州远方EMS61000-4B 智能型群脉冲发生器(ELECTRICAL INTELLIGENT TRANSIENT GENERATOR)
电快速瞬变脉冲群(EFT)和静电(ESD)问题的测量和定位 大部分电子产品需要通过电快速瞬变脉冲群（EFT）（根据IEC61000-4-4）和静电放电（ESD）(根据IEC61000-4-2)等项目的标准测试。EFT和ESD是两种典型的突发干扰，EFT信号单脉冲的峰值电压可高达4kV，上升沿5ns。接触放电测试时的ESD信号的峰值电压可高达8kV，上升时间小于1ns。这两种突发干扰，都具有突发、高压、宽频等特征。 在进行标准的EFT/ESD测试时，把干扰脉冲从设备外部耦合到内部，同时监视设备的工作状态。如果设备没有通过这些标准的测试，测试本身几乎不能提供任何如何解决问题的信息。 要想定位被测物(EUT)对突发干扰敏感的原因和位置，必须进行信号测量。但是如果采用示波器进行测量的话，EUT内部的干扰会产生变化。例如图1中，使用金属导线的探头连接到示波器，会形成一个额外的干扰电流路径，从而影响测试结果，很难定位产生ESD/EFT问题的原因。 EFT/ESD干扰电路正常工作的 机理 在进行EFT/ESD等抗扰度测试 时，需要把相应的突发干扰施加到 EUT的电源线，信号线或者机箱等 位置。干扰电流会通过电缆或者机 箱，流入EUT的内部电路，可能 会引起EUT技术指标的下降，例 如干扰音频或视频信号，或者引起 图1 用示波器测量EFT/ESD 通信误码等；也可能引起系统复 位，停止工作，甚至损坏器件等。 电子产品的抗干扰特性，取决于其PCB设计和集成电路的敏感度。电路对EFT/ESD信号敏感的位置，一般能被精确定位。形成这些"敏感点"的原因，很大程度上取决于GND/VCC的形状以及集成电路的类型和制造商。 实践发现，产生EFT/ESD问题的最主要的原因是，干扰电流的主要部分会流入低阻抗的电源系统。干扰电流能通过直接的连接进入GND系统，再由线路连接，从另外一个地方耦合出来；干扰电流也能通过直接连接进入GND系统，然后通过和金属块(例如机箱)等物体的容性耦合方式，以电场的方式(场束)耦合出来。 图2中，干扰脉冲电流I通过电缆或者电容渗透到PCB内。由干扰电流产生电场干扰(电场强度E)或者磁场干扰(磁场强度B)。磁脉冲场B或电脉冲场E是影响PCB最主要的基本元素，一般来说，敏感点要么仅对磁场敏感，要么仅对电场敏感。 干扰电流I通过电源线注入到设备内部。由于旁路电容C的存在，一部分电流IA离开了被测物，内部的干扰电流Ii被减少了。图中所示的由干扰电流Ii产生的磁场B会影响它周围几厘米范围内的电路模块，一般电路模块内只会有很少的信号线会对磁场B敏感。
EMC测试 EMC即电磁兼容性，是指“一种器件、设备或系统的性能，它可以使其在自身环境下正常工作并且同时不会对此环境中任何其它设备产生电磁干扰。”意指电子机器有两面性，一个为干扰源对其他电子仪器造成的影响，一个为受到周围电子仪器发生的干扰影响，才有EMC的论题出现。EMC的产品认证，目前主要依据的法规有FCC，CISPR，ANSI，VCCI及EN┅等国际规范，而这些EMC标准对于产品的测试要求，可分为两大测试题，一为电磁干扰(EMI)测试，另一为电磁耐受性(EMS)测试。 EMC测试主要分类 1.EMI（Electro-Magnetic Inte rf erence）---电磁骚扰测试 此测试之目的为：检测电器产品所产生的电磁辐射对人体、公共电网以及其他正常工作之电器产品的影响。EMI测试主要包含什么内容？ Radiated Emission －辐射骚扰测试 Conducted Emission－传导骚扰测试 Harmonic－谐波电流骚扰测试 Flicker－电压变化与闪烁测试 2. EMS（Electro-Magnetic Susceptibility）---电磁抗扰度测试 此测试之目的为：检测电器产品能否在电磁环境中稳定工作，不受影响。
EMS测试主要包含什么内容？ ESD－静电抗扰度测试 RS－射频电磁场辐射抗扰度测试 CS－射频场感应的传导骚扰抗扰度测试 DIP－电压暂降，短时中断和电压变化抗扰度测试 SURGE－浪涌（冲击）抗扰度测试 EFT－电快速瞬变脉冲群抗扰度测试 PFMF－工频磁场抗扰度测试 杂散定义：指用标准测试信号调制时在除载频和由于正常调制和切换瞬态引起的边带及邻道以外离散频率上的辐射（既远端辐射）。杂散辐射按其来源可分为传导型和辐射型两种。 传导杂散：指在天线的接头处50欧姆负载上测得的任意离散信号的电平功率。 辐射杂散：测试设备的机壳、结构及互连电缆引起的杂散骚扰。测试条件首选在电波暗室内进行，或是在户外进行。 EMC测试的条件与方法 测试依赖3个方面因素：方法、技术、设备。方法由测量原理和测试设备的使用方法两者来确定，技术是为了得到正确的测试结果（较高的准确度）而采取的一切测试手段，设备则是体现上述两个因素为测试服务的一切技术装置。这些都必须标准化，以保证测试具有重现性和真实性。 EMC测试条件由测试方法决定。具体测试方法分为在实验室条件下进行的试验台法和在实际使用条件下进行的现场法。要模拟现场可能碰到的所有干扰现象是不可能的，特别是现场法具有无法克服的局限性。但通过标准化的测试可以较全面地获取被测设备EMC性能如何的信息。为此，国际上推荐首先采用试验台法，除非无法在实验室进行，一般不用现场法。 抗扰度测试主要方法是按照设备所处的电磁环境条件，结合用户对设备采取的措施，选择合适的严酷度等级，依照有关测试方法进行测试，最后根据产品标准提出的合格判决条件评定测试结果是否合格。这是抗扰度测试与其它测试主要差异之处。 电磁环境中的电磁骚扰源、电磁骚扰源对设备的耦合方式、设备对电磁骚扰的敏感度以及用户对工作现场的防护措施直接与严酷度等级相关。即使用环境决定了干扰的形式，安装防护条件决定了干扰的严酷度等级。 GB/T13926.4具体规定了在电磁环境中与严酷度等级相对应的设备工作下的电气环境条件：
电快速瞬变脉冲群(EFT)抑制方法 一、电快速瞬变脉冲群特点 电快速瞬变脉冲群EFT是电气和机电设备中常见的一种瞬态干扰，是由继电器、接触器、电动机、变压器等电感器件产生的,是时间很短但幅度很大的电磁干扰，是一连串的脉冲，可以在电路输入端产生累计效应，使干扰电平的幅度最终超过电路的噪声门限，对电路形成干扰。 电快速瞬变脉冲群由大量脉冲组成，具有如下特点： 1)幅值在100V至数千伏； 2)脉冲频率在1kHz至1MHz； 3)单个脉冲的上升沿在纳秒级，脉冲持续时间在几十纳秒至数毫秒； 4)EFT所形成的骚扰信号频谱分补非常宽，数字电路对它比较敏感，易受到干扰。 相关标准： GB/T 17626.4-2008《电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》 二、电快速瞬变脉冲群常见抑制方法 1) 减小PCB接地线公共阻抗：增加PCB接地导线的面积，减小电感量成分； 2) 加接EFT电感瞬态干扰抑制网络：在电感元件上并接压敏电阻、阻容电路、二极管、TVS 管、背靠连接的稳压二极管等； 3) 电源或信号干扰源输入口，使用滤波器或吸收器等滤波元器件，选用磁珠的内径越小、外径越大、长度越长越好； 4) 电子元器件选择时，选用性能可靠的关键器件；最好做过芯片级的电磁兼容仿真试验，质量可靠的元器件选用可提升对电快速瞬变脉冲信号的抑制能力； 4) PCB布局时，将干扰源远离敏感电路； 5) PCB布线时注意线缆的隔离，强弱电的布线隔离、信号线与功率线的隔离，各类走线要尽量短， 6) 正确使用接地技术，减小环路面积； 7) 安装瞬态干扰吸收器； 8) 软件设计时，考虑避免干扰对系统的影响，软件上应正确检测和处理告警信息，及时恢复产品的状态； 9) I/O信号进出由完全隔离的变压器或光耦连接，更好的实现隔离； 10) 使用高阻抗的共模或差模电感滤波器 11) 使用铁氧体磁环； 12) 在PCB层电源输入位置要做好滤波，通常采用的是大小电容组合，根据实际情况可以酌情再添加一级磁珠来滤除高频信号； 13) 组装生产环节中应严把质量关，做好生产工艺流程控制，尽量保证产品质量的一致性，减少因个别产品质量问题带来的测试不合格现象； 三、PCB抗干扰设计 1、电源电路抗干扰设计 1) 变压器及稳压模块应就近安装在交流电源进入系统的地方； 2) 强电输送线绝不能在系统内乱布； 3) 电源供电线应尽量短，板间连接线使用双绞线； 4) 交流输入、功率继电器、电源滤波器、电源变压器等干扰源电路应与系统稳压后的5V、3.3V等布线严格分开并进行有效隔离；
电快速瞬变脉冲群试验及其在 标准化方面的最新进展 脉冲群抗扰度试验是一种使用较为普遍的抗扰度试验项目，同时也是在所有抗扰度试验项目中比较难于通过的试验项目之一。本讲座解释日常生活中的脉冲群形成机理；说明脉冲群抗扰度试验的要点；以及脉冲群抗扰度试验标准化方面的最新进展。 假定继电器绕组的稳态电流I为70mA，绕组电感L2为1H，存在于继电器绕组的层间和匝间的分布电容C2为50pF。当开关断开时，继电器绕组的稳态电流被切断，根据电感性负载电流不能突变的原则，继电器绕组只能通过对分布电容C2的充电来保持电流的连续性。根据能量守恒的原理（计算中未计入继电器绕组的内阻R），有 1/2×L2I2＝1/2×C2U2 在继电器绕组两端可能出现的电压峰值为 U＝I（L2/C2）1/2＝3130.5V 转换中的自谐振频率为 f＝1/（2π（L2C2）1/2）＝7.118kHz 分析表明，开关S断开瞬间，可在继电器绕组上产生高频衰减振荡（因绕组本身存在电阻）。电压的幅值非常高，与供电电压相比，后者可以不计，因此，感应出来的高电压将直接出现在开关动静触点的两边。 进一步分析可以知道，在开关触点刚打开的瞬间，动静触点间的距离还很近，实际上用不着达到3130.5V，只要在继电器绕组感生出较低电压，就可以引起刚被打开的动静触点间的空气击穿，这便是第一次电弧的形成过程。一旦在开关触点间产生电弧，动静触点瞬间变为等电位，亦即在供电线路上产生一个高电压。与此同时，继电器绕组的分布电容C2要通过电弧、供电线路和供电电源进行放电，由于放电的时间常数很小，因此放电很快结束，本次放电的电弧也就阻断，而在供电线路上可以见到一个非常短暂的小脉冲。这时整个电路又回复到继电器绕组电感L2中能量向分布电容C2的转移，继电器绕组两端第2次出现高压。由于动静触点的距离在逐渐拉大，尽管第2次触点间的放电可以形成，但放电电压要适当提高，放电的等待时间将适当增长。以上情况将要一次次继续，放电电压一次次提高，放电间隔时间一次次增长，直到触点间的距离大到使分布电容C2上的电压不能击穿为止。 上述瞬变干扰的形成还与被切接的继电器类型有关，下表给出了测试的结果。