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EMC重要測試項目所需設備簡介

2020-01-10600

一、概念:

EMC(電磁兼容)的定義包含兩個方面,其一是指該設備應能在一定的電磁環境下正常工作, 即該設備應具備一定的電磁抗擾度EMS;其二,該設備自身產生的電磁騷擾不能對其他電子產品產生過大的影響,即電磁騷擾EMI

為了規范電子產品的電磁兼容性,在全球各地區、國家都指定了相關的EMC標準、頒布了EMC法規,例如,歐洲在CE強制認證中頒布了EMC指令、美國頒布了FCC法規中的Part 15 B/C Part 22/24、中國CCC強制認證中頒布了GB9254GB4943.1 …… 這些政策對電子產品在EMC認證方面提供了有力保證。所以產品必須符合EMC法規要求,產品銷售違反電磁兼容法規將面臨高額罰款。因此,廠商越來越重視產品的電磁兼容性問題。

EMC測試項目主要包含兩部分:

其一,是EMC實驗室:EMC實驗室指的就是EMC測試的外部環境,由于EMC測試屬于高精度的專業測試,外部環境不能有電磁干擾,而EMC實驗室能夠屏蔽外界電磁干擾,是EMC測試的首要保證。EMC實驗室有幾個參數是需要我們重點考量的,首先是屏蔽效能,該參數是衡量EMC實驗室屏蔽外界空間輻射的重要參數,其次是接地電阻,CNAS規定接地電阻必須小于4Ω,若接地電阻過大會影響EMC測試背景噪聲,影響對測試結果的判斷。其三是外部供電電源,EMC實驗室濾波器帶有漏電流且許多EUT為非常規供電電壓,所以電源是必不可少的。但是電源自身的EMC性能若不合格,會直接影響EMC測試的背景噪聲,從而影響對測試結果的判定。

其二,是EMC測試設備:EMC測試項目的實現,測試設備是最核心的條件。EMC測試設備需要考量的因素更多,雖然市場上有許多EMC測試廠商,國外的有羅德與施瓦茨,EMtest等,國內的有杭州遠方等,從成本的角度出發,國產設備是遠遠低于進口設備。從售后角度出發,雖然進口設備的產品質量高于國產設備,但是進口設備的售后維修周期又遠遠大于國產設備。綜上所述,測試設備的選型需要根據各公司自身的情況出發,綜合考慮才能選出最適合自己的方案。

 

二、常規EMC測試項目及配置

下表所列為EMC重要測試項目-測試設備-測試環境(實驗室)一一對應關系:

EMI測試項目

主要測試設備

測試環境

傳導發射(連續騷擾)

接收機、人工電源網絡、電壓探頭

屏蔽室

三環輻射(磁感應電流)

三環天線、接收機

屏蔽室

輻射發射(磁場)

環天線、接收機

電波暗室

輻射發射(電場)

接收天線、接收機

電波暗室

喀嚦聲(斷續騷擾)

喀嚦聲分析儀、人工電源網絡

屏蔽室

騷擾功率

接收機、功率吸收鉗、去耦鉗、導軌

屏蔽室

諧波電流

純凈交流電源、諧波閃爍分析儀

屏蔽室

電壓波動及閃爍

純凈交流電源、諧波閃爍分析儀

無特殊要求

EMS測試項目

主要測試設備

測試環境

靜電放電抗擾度

靜電放電發生器

無特殊要求

射頻電場輻射抗擾度

射頻信號源、功率放大器、發射天線、功率計、場強計等

電波暗室

電快速瞬變脈沖群抗擾度

脈沖群發生器、耦合夾

無特殊要求

浪涌(沖擊)抗擾度

雷擊浪涌發生器

無特殊要求

射頻傳導抗擾度

一體化射頻傳導抗擾度系統、CDN

屏蔽室

工頻磁場抗擾度

工頻磁場發生器

無特殊要求

電壓暫降、短時中斷和電壓變化抗擾度

電壓跌落發生器

無特殊要求

 

三、EMC測試儀器選型及測試注意點

1CE(傳導騷擾)

CE是目前EMC測試中最常見的項目之一。傳導騷擾指的是通過導線傳遞的電磁騷擾信號。從騷擾信號的種類來說,CE分成連續騷擾與斷續騷擾,從騷擾信號的端口來說,CE又分成電源端口、通信端口、負載端口。

CE測試種類復雜,那么我們該進行設備選型呢?首先我們需要明確EUT的類型,明確EUT對應的標準,然后根據EUT對應的測試端口確定CE測試所需要的設備。比如照明類設備,對應的標準為GB17743CISPR15,標準上對CE電源端、通信端、控制端的測試設備都有規定,以CE電源端為例,我們需要用到測試接收機,人工電源網絡。對于接收機我們需要關注哪些主要參數呢?首先是測試頻段,照明產品測試頻段為9kHz-30MHz,接收機必須能滿足該頻段要求,其次是測試帶寬及檢波器,接收機必須滿足200Hz9kHz帶寬,必須包含PeakQpeakCAvg3個檢波器。在實際使用中,也有客戶選擇頻譜儀代替接收機進行測試,但頻譜儀的帶寬和檢波器是不能滿足標準要求的,測試結果肯定也會有一定誤差。對于人工電源網絡,我們需要明確端口類型,電源端口我們采用VLISN,阻抗要求為(50uH+5Ω‖50Ω。另外我們還需要考慮EUT的供電電壓,根據不同電壓選擇對應LISN

那么CE測試有哪些需要我們注意的地方呢?首先是EMC測試環境,EMC標準規定CE測試需要在屏蔽室內進行,有些廠家在前期設備選型時,為了節省成本經常只采購EMC測試設備,不考慮EMC實驗室,將EMC測試設備放置在惡劣的電磁環境中,測試結果往往會被極差的背景噪聲所淹沒,從而影響對測試結果的判斷。其二是設備的布置,CE的規范布置EMC標準上是有提及的,需要做到“280140”,280指的是EUT距離水平參考接地板80cm即測試桌高度為80cmEUT距離LISN輸出端口80cm(即LISN放置在測試桌邊緣正下方)。140指的是EUT距離垂直接地板40cm。其中提及EUT距離LISN端口80cm,而實際使用中經常會出現線纜長度大于80cm,我們可以將其8字繞接,繞接長度小于40cm。由于CE屬于線纜上傳遞的電磁騷擾,線纜的布置是否標準會直接影響測試結果。

2RFP(騷擾功率)

RFP目前普遍應用于家電行業,RFP實質上是測試產品的輻射騷擾,RE天線法輻射騷擾是用接收天線來測量沿EUT外表面對外發射的電磁騷擾,而RFP騷擾功率是用電磁吸收鉗來測量沿著電源線對外發射的電磁騷擾。

RFP測試需要接收機、電磁吸收鉗、退耦鉗、導軌。RFP測試使用導軌配合承載著電磁吸收鉗的可移動小車對EUT電源線進行多點測量,用接收機對EUT的電磁騷擾量進行一個系統的判定。RFP測試設備中最重要的是接收機,接收機需要滿足以下幾基本點:1.頻段覆蓋30MHz-300MHz 2.包含120kHz帶寬3.包含PeakQpeakCAvg3個檢波器。另外當配置的是電動導軌的話,我們還需要配置一套軟件以便聯動接收機與導軌進行自動化測試。電磁吸收鉗及退耦鉗的選擇除了必須滿足頻段覆蓋30MHz-300MHz之外,還需要考慮EUT的測試電流及線徑。

RFP測試在實際使用中有一點我們需要注意,許多廠商甚至第三方測試機構因貪圖測試方便會直接將可移動小車固定在同一個位置測試,這種操作其實會影響測試結果。從原理上講RFPRE(輻射騷擾)的替代法,若固定小車僅僅測試一個位置點是無法準確體現EUT的實際輻射狀態的,并且大多數家電產品有各種內部控制程序,實際運行時的狀態也是時域變化的,單位置點的測試時間往往又特別短,無法體現EUT的實際運行狀態。故測試RFP騷擾功率是需要進行多點系統性測試。另外由于標準的變動,CISPR22標準已經被CISPR32所取代,并且CISPR32中也取消了RFP項目,但GB4343.1中還未取消。所以客戶在選擇該測試項目前需要明確產品需要滿足的標準。

3RE輻射騷擾

REEMC測試中成本最高的項目之一,因為RE需要半電波暗室的實驗室環境。半電波暗室在屏蔽室的基礎上內部還需鋪設鐵氧體、吸波尖劈。所以半電波暗室需滿足屏蔽效能指標外,還需滿足FU/NSA/SVSWR等性能參數。因輻射騷擾是指EUT通過外表面對外發射的電磁騷擾信號,測量該信號時需要全方位多角度測量。所以電波暗室內部還需要用天線塔及轉臺,天線塔用于控制接收天線的高度(1m-4m)及極性變化(H/V),轉臺控制EUT的旋轉角度0°-360°RE測試的信號路徑為:EUT-接收天線-接收機。所以RE測試還需要接收機及接收天線。接收機頻段需要覆蓋EUT對應標準規定的頻段范圍,如照明產品一般為30MHz-300MHz,還需包含120kHz帶寬及PeakQpeakCAvg3個檢波器。另外由于涉及轉臺與天線塔的聯動,所以還需要EMC測試軟件聯動轉臺、天線塔及接收機完成自動化測試。接收天線的選型相對比較簡單,市面上的品牌也比較固化,我們只要滿足接收天線滿足RE測試頻段即可。

RE在實際使用時,我們發現接收天線在1m-2m時接收到的的輻射騷擾信號往往會高于3m-4m,若我們在多次測試發現EUT的確滿足這一規律時,可以僅測試1m-2m,這樣可以為我們節省不少測試時間。

4RS輻射抗擾度

RSRE相同都需要用到半電波暗室的實驗室環境,但由于RS屬于抗擾度測試項目,RS需要一套標準信號發生設備:信號源、功率放大器、功率計、定向耦合器、發射天線、場強探頭。RS測試前需要進行均勻場域校準,測試方式同FU性能測試。并且為了確保功率放大器不達到飽和狀態:校準使用的場強至少為將要施加給EUT場強的1.8倍。校準時我們一般會采用恒定場強法對1.5m×1.5m均勻域內的16個點進行校準,若75%的校準點的差值在6dB之內,則場均勻域滿足測試要求。為了滿足場均勻域的實現,我們經常會在地面上鋪設吸波尖劈,以達到減弱地面反射的效果。校準過程中,首先由信號源在相應頻點發出一個標準信號,通過定向耦合器進行分路輸出,兩路分別輸出至前向及反向功率計,另一路輸出至功放,由功放對設備進行功率放大,再由發射天線對外發出,最后由場強探頭對干擾信號進行測量,若未達到標準場強,則調整信號源輸出信號大小直至到達標準場強。RS的測試流程同校準是差不多的,操作流程也相當簡單。

5、另外

EMC測試中常見的還有諧波電流、電壓波動與閃爍、靜電放電抗擾度、電快瞬變脈沖群抗擾度等等,這些設備都是高度集成化的設備,并且軟件設計及EUT的標準布置也比較簡單,客戶在實際使用時也非常容易掌握。

隨著電子技術的發展,電子、電器產品的電磁兼容性(EMC)成為一項非常重要的質量指標,它不僅關系到產品本身的工作可靠性和使用安全性,而且還可能影響到其他設備和系統的正常工作。另外研究表明惡劣的電磁環境會對人體的神經系統、感官系統、免疫系統等造成嚴重的危害。電磁環境關乎人類的生活及健康,EMC已經成為產品必不可少的測試項目之一。

 

四、EMC領域知名品牌一覽:

 

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