人工电源网络在EMC测试中的应用

1 前言

　　随着现代科技的发展，电气及电子设备的数量及种类不断增加，电子设备小型化、密集化程度以及工作频率的不断提高，电子设备的应用也随之越来越广泛，而电子设备的大量使用，导致了更加复杂恶劣的电磁环境，诸如电源谐波、电压波动、脉冲噪声、电磁场辐射、静电干扰等。当电磁干扰发生时，轻则导致受干扰的敏感电子设备功能发生降级，重则导致其功能失效，这些都有可能造成严重后果。所以，为了使电子设备能和谐共处，正常的工作，国际、国内相关行业都规定了电子设备正常的发射量级和可以承受干扰的量级。经过研究和分析，不同的测试场地的背景噪声并不一致。测试场地的交流电源系统的阻抗有很大的变化，电网阻抗的变化直接影响从电源线传导出的噪声电流的大小，从而使测试结果不一致。所以，在进行传导干扰电压测试中，电网的阻抗值是非常重要的，为了保证传导发射测试时的一致性，就出现了人工电源网络这一辅助设备。人工电源网络可以在给定频率范围内，为骚扰电压的测量提供标准规定的50欧姆阻抗，并使受试设备(EUT)与电网上的高频干扰相互隔离，将干扰电压耦合到接收机上，由此测量受试设备(EUT)沿电源线向电网发射的骚扰电压。

　　2 人工电源网络的分类

　　人工电源网络有两种基本类型：用于耦合非对称电压的V型人工电源网络(V-AMN)及用于耦合对称电压和不对称电压的Δ型人工电源网络(Δ-AMN)。V型人工电源网络用于测量非屏蔽对称信号线上的共模电压。

　　根据不用的应用频率范围，人工电源网络内部电路结构也不一样，GB/T 6113.102-2018中给出了3种频率的电路结构。

　　1)图一为50Ω/50μH+5Ω V型人工电源网络，它的工作频段为：9kHz~150kHz，如果能满足50Ω/50μH类型的阻抗，这种类型的人工电源网络也可应用于150kHz~30MHz频段测量。阻抗计算公式为：z=(jw×50uH+5) //50。其应用的主要标准有：

　　l GJBl51B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求》;

　　l GB4343.1- 2009《家用电器、电动工具和类似器具的电磁兼容要求第一部分：发射》;

　　l GB 9254-2008《信息技术设 备的无线电骚扰限值和测量方法》。

图一

　　2)图二为50Ω/50μH V型人工电源网络，它的工作频段为：150kHz~30MHz。阻抗计算公式为：z=(jw×50uH) //50。其应用的主要标准有：

　　l GB 4343.1-2009《家用电器、电动工具和类似器具的电磁兼容要求第一部分：发射》;

　　l GB 4824-2019《工业、科学和医疗设备 射频骚扰特性限值和测量方法》;

　　l GB 9254-2008《信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法》;GB/T 18387-2017《电动车辆的电磁场发射强度的限值和测量方法》。

图二

　　3)图三为50Ω/5μH+1Ω V型人工电源网络，它的工作频段为：150kHz~108MHz。阻抗计算公式为：z=(jw×50uH+1) //50，其中应用的主要标准有：

　　l GJBl51B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求》;

　　l GB/T 18655-2018《车辆、船和内燃机无线电骚扰特性用于保护车载接收机的限值和测量方法》。

图三

　　根据阻抗计算公式绘制出了三种电路的阻抗曲线图，如图四所示，图中曲线1、曲线2、曲线3分别对应50Ω/50μH+5Ω、50Ω/50μH、50Ω/5μH+1Ω三种类型的人工电源网络阻抗，从图中可以看出：每种结构的人工电源网络在各自的工作频段内的阻抗都趋近于50Ω，曲线1和曲线2的阻抗值基本吻合，曲线3的阻抗趋于50Ω的频点后移。所以，50Ω/5μH+1Ω类型的人工电源网络可以用于频率较高的频率段的传导测试。

图四

　　3 人工电源网络的工作原理和作用

　　传导干扰电压测量简化后的等效电路，如图五所示。从简化电路图中我们可以看出，从电网端口测出来的传导干扰电压U2不仅与传导干扰源(U1，Z1)有关，还跟电网的本身的阻抗(Z2)有关。而我们发现，电网的阻抗(Z2)不是常数，其受测量时间、测量地点和测量频率等各种因素的影响，电网的线路阻抗是不稳定的。因此，为了使测量结果具有重复性与可比性，国际无线电干扰特别委员会设计了多种类型的人工电源网络，规定了用于不同类型传导干扰电压测量的标准线路阻抗。

图五

　　串入人工电源网络的传导干扰电压测量电路，如图六所示。从电路图中可以看出，电网中串入了人工电源网络的阻抗(Z2)，该阻抗要远大于电网的本身阻抗(Z1)。因此，测量电网中的总等效阻抗受到电网本身阻抗(Z1)的影响大大减小了;同时，对于EMI源而言，人工电源网络为其提供了一个纯阻抗负载R，进一步稳定了电网线路中的阻抗。人工电源网络中的阻抗(Z2)和阻抗(Z3)同时还组成了一个高频抑制电路，可在抑制了来自电网的高频噪声信号，进一步减小了测量误差。

图六

　　以50Ω/50μH+5Ω V型人工电源网络为例，该人工电源网络实际电路图如图七所示。

图七

　　从图七可见，人工电源网络有以下几个主要作用：

　　1)受试设备通过人工电源网络供电，人工电源网络为其提供了标准的线路阻抗。同时有效抑制了来自电网的高频噪声信号，减小了来自电网的其它设备引起的线路阻抗变化;

　　2)如果没有人工电源网络中的50μH电感和8μF电容，电网中的任何骚扰信号都会通过人工电源网络耦合到测量接收机中，从而会被认为是受试设备产生的。因此，人工电源网络中的50μH电感和8μF电容是用来隔离和旁路来自电网的外部噪声，同时也可以有效的隔离受试设备产生的骚扰信号进入公共电网中干扰其他的用电设备;

　　3)人工电源网络中的0.25μF隔直电容，可防止测量接收机输入端过载;1kΩ电阻为0.25μF电容提供静电放电通路，同时，通过1kΩ电阻作为人工电源网络的测量信号输出端口，与测量接收机信号输入端相连，将受试设备产生的信干扰号耦合到测量接收机中，用于传导干扰测量。

　　4 人工电源网络的使用及注意事项

　　在用人工电源网络进行传导发射测试时，为了保证安全和测试结果的真实性，有以下几点注意事项：

　　1)需要对人工电源网络进行定期计量，保证能在工作频率范围内提供规定的阻抗，在计量要求范围内方可继续使用。

　　2)在使用过程中，人工电源网络的分压系数会变化，为保证测试的准确度，需将定期计量后的分压系数录入测试软件中加以修正。

　　3)在利用人工电源网络进行传导发射测试时，需要在测量接收机输入端加衰减器(如20dB)或脉冲限幅器用来保护接收机。因为某些产品(特别是产品开发初样阶段)在开关或瞬时断电时会引起瞬态尖峰，其幅度远远超过测量接收机的测量范围，很容易损坏测量接收机。

　　4)人工电源网络需要良好接地，最好与接地平板搭接。当使用高压电源时，断电后要注意等人工电源网络放电结束后，再去碰触人工电源网络，以保证人身安全。

　　5)人工电源网络内部有大电容，有较大漏电流产生，其配套试验环境中的空气开关建议使用不带漏电保护的空气开关。

　　6)为了确定传导发射数据的可信性，试验前应检查测试环境的背景噪声。其方法是从人工电源网络上撤去产品的电源线，保留人工电源网络的电源进线和该人工电源网络与测量接收机之间的射频连接电缆，在测量接收机测出的干扰值相当于背景噪声。当背景噪声小于限值6 dB以上，试验才是有效的。