傳導(dǎo)騷擾測試中的接地性能對測試結(jié)果的影響

1 前言

      電源端口傳導(dǎo)騷擾測試是EMC測試中的一項重要試驗，量頻率為150 kHz~30 MHz(部分標準是從9 kHz開始)。在實際的試驗布置中，發(fā)現(xiàn)對于接地線材質(zhì)、接地方式和接地位置的不同，接地效果對電源端口傳導(dǎo)騷擾測試結(jié)果有著不可忽視的影響。

2 騷擾的類型

       在測試和評定無線電騷擾時，依據(jù)騷擾頻譜的分布情況、測量接收機帶寬、騷擾持續(xù)時間、發(fā)生率以及騷擾影響程度，把騷擾分為窄帶連續(xù)騷擾，寬帶連續(xù)騷擾和寬帶不連續(xù)騷擾。寬帶和窄帶主要是信號頻率與測量接收機帶寬相比較而區(qū)分的。在傳導(dǎo)騷擾測試中，不管是測量電流還是電壓，騷擾都分為：共模(也稱為不對稱型)、差模(也稱為對稱型)、非對稱。

3 傳導(dǎo)騷擾測試原理

        傳導(dǎo)騷擾測試在屏蔽室中進行，系統(tǒng)主要由人工電源網(wǎng)絡(luò)和帶有準峰值及平均值檢波的干擾接收機組成，傳導(dǎo)騷擾測試系統(tǒng)如圖一所示。EUT可以分成臺式設(shè)備和落地式設(shè)備，對于設(shè)計成既可放在臺面上又可放在地面上工作的設(shè)備按臺式布置進行試驗，具體布置可參閱EMC測試標準以及相關(guān)產(chǎn)品測試規(guī)范。圖一中，被試設(shè)備(EUT)為臺式設(shè)備或落地式設(shè)備，臺式設(shè)備放置于0.8米高的絕緣桌上(落地式設(shè)備放置于10cm高的絕緣墊上)，人工電源網(wǎng)絡(luò)(AMN，圖一中型號為：ENV432)放置于接地平板上。被試設(shè)備由人工電源網(wǎng)絡(luò)供電，且人工電源網(wǎng)絡(luò)將測量到的噪聲信號通過信號線傳輸?shù)浇邮諜C上，接收機與計算機相連，通過測試軟件進行后臺操作。

通過測試布置可以看出，人工電源網(wǎng)絡(luò)須放置于接地平板上。所以無論是對于在實驗室環(huán)境還是在EUT工作現(xiàn)場進行的傳導(dǎo)騷擾測試，都需要將人工電源網(wǎng)絡(luò)和接地平板進行良好接地。

圖一 傳導(dǎo)騷擾測試系統(tǒng)

         人工電源網(wǎng)絡(luò)(AMN)是傳導(dǎo)騷擾測試中必不可少的輔助設(shè)備，其主要應(yīng)用于測量被試設(shè)備沿電源線向電網(wǎng)發(fā)射的騷擾電壓。實驗室所用的人工電源網(wǎng)絡(luò)(50Ω/50μH+5Ω V型人工電源網(wǎng)絡(luò)為例)原理如圖二所示，接在電網(wǎng)與 EUT之間，其功能主要包括：

(1)隔離和耦合作用，人工電源網(wǎng)絡(luò)阻止EUT產(chǎn)生的射頻電磁騷擾進入電網(wǎng)，同時隔離來自電網(wǎng)的干擾信號;通過耦合電容把射頻騷擾信號接至測量接收機。

(2)穩(wěn)定阻抗作用，提供統(tǒng)一的阻抗(50Ω)，便于在不同電網(wǎng)下的測試結(jié)果相互比較。圖二中，在EUT的受試端子(通過耦合電容)與參考地之間提供一個穩(wěn)定阻抗(圖二中可知，在耦合電容下方接一個1kΩ的電阻，其與測量接收機的輸入端并聯(lián)，由于測量接收機的輸入阻抗是50Ω，所以負載阻抗近似于50Ω)。

圖二 人工電源網(wǎng)絡(luò)原理圖

4 接地導(dǎo)線的阻抗

通常會用銅線來作為接地線。選取材質(zhì)均為銅，但長度和橫截面不同的接地線進行試驗，其規(guī)格見表一。

表一 接地線規(guī)格

表一中所列接地線在不同頻率點的阻抗隨頻率變化的曲線，如圖三所示。

圖三 不同規(guī)格的接地線阻抗/頻率變化圖

從圖三中可以看出：

(1)同頻率點、同樣材質(zhì)、橫截面積相同的導(dǎo)線，長度不同，其射頻阻抗不同，長度越長阻抗越大。

(2)矩形橫截面導(dǎo)線的射頻性能優(yōu)于圓截面的導(dǎo)線，這也是高頻情況下用扁平線來接地的原因。

5 不同接地方式下對測試結(jié)果的影響

       在電源端口傳導(dǎo)騷擾測試中發(fā)現(xiàn)，被試裝置采用不同的接地方式時，測試結(jié)果具有一定的差異，有時這種差異甚至?xí)绊懙?終測試結(jié)果的判定。下面就兩種不同的接地方式進行比對分析：一種是將EUT的地和人工電源網(wǎng)絡(luò)(AMN)的地分別就近接到接地平板的兩個不同位置，即分別接地;另一種是將EUT的地和人工電源網(wǎng)絡(luò)(AMN)的地接到接地銅板的同一位置上，即集中接地。下面就接地阻抗進行分析。

        將人工電源網(wǎng)絡(luò)AMN的原理圖簡化如圖四所示，其中Us代表EUT發(fā)射的噪聲源;Zs代表EUT的內(nèi)部阻抗;Z代表AMN的測量阻抗。

圖四 人工電源網(wǎng)絡(luò)測量簡化圖

         在實際測試中，由于測量頻率較高，線纜等均存在一定的阻抗，這里考慮到接地導(dǎo)線和接地平板的阻抗，采用**種多點接地方式，即EUT的地和人工電源網(wǎng)絡(luò)(AMN)的地分別就近接到接地平板的兩個不同位置，將上述原理圖進行模擬如圖五所示。圖五中，Z1為被試設(shè)備EUT的接地導(dǎo)線阻抗;Z2為AMN的接地導(dǎo)線阻抗;Z3為AMN的接地端至EUT接地端之間的接地平面阻抗。

圖五 多點接地時人工電源網(wǎng)絡(luò)噪聲測量簡化圖

令Zs’=Zs+Z1，Z’=Z+Z2，計算得到人工電源網(wǎng)絡(luò)測得的電壓為：

UAMN1= Us*( Z’+Z3)/ ( Zs’+Z’+Z3)

       采用**種單點接地方式，即EUT的地和AMN的地接到接地銅板的同一位置上，將上述原理圖模擬如圖六所示。圖六中，Z1為被試設(shè)備EUT的接地導(dǎo)線阻抗;Z2為AMN的接地導(dǎo)線阻抗。

圖六 單點接地時人工電源網(wǎng)絡(luò)噪聲測量簡化圖

人工電源網(wǎng)絡(luò)測得的電壓為：

UAMN2= Us* Z’/ ( Zs’+Z’)

比較UAMN1和UAMN2的大小，則：

UAMN1/ UAMN2 = ( Z’+Z3) ( Zs’+Z’)/ ( Zs’+Z’+Z3) Z’

=(Z’2+Zs’Z3+ Zs’ Z’+ Z’ Z3)/ Zs’ Z’+ Z’2+ Z’ Z3

=1+( Zs’Z3/ Zs’ Z’+ Z’2+ Z’ Z3)

即：UAMN1/ UAMN2>1

由上面的結(jié)果可知，即多點接地時，人工電源網(wǎng)絡(luò)上測得的噪聲電壓大于單點接地時測得的噪聲電壓。

6 接地點位置對測試結(jié)果的影響

         從上面可知，在電源端口傳導(dǎo)騷擾測試中，EUT對人工電源網(wǎng)絡(luò)(AMN)的接地方式可以選擇單點接地或者多點接地。同時，EUT的接地方式對測試結(jié)果有重要影響，甚至?xí)绊懡Y(jié)果的判定。接下來分析EUT的不同接地位置對測試結(jié)果的影響。按照標準布置，如圖七所示，以AMN和EUT的投影間距為總長，分別等距取5個點(A、B、C、D、E)。其中AB=BC=CD=DE=20cm，將A、B、C、D、E這5個點分別連接到EUT的接地點上，測試這5個位置的騷擾電壓結(jié)果如表二所示。

圖七 不同接地點位置的傳導(dǎo)騷擾電壓試驗布置圖

表二 不同接地點位置的傳導(dǎo)騷擾電壓測試結(jié)果

        從表二的測試結(jié)果可知，接地點選在A點時，測得的騷擾電壓較小，選在E點時，測得的騷擾電壓較大。從A 點到E點，騷擾電壓大致是增加的趨勢。原因在于：EUT、接地線、參考接地平板、AMN和電源線形成了一個環(huán)路。根據(jù)電磁感應(yīng)理論，閉合環(huán)路中的磁通發(fā)生變化時將產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流大小與環(huán)路面積成正比。EUT正常工作時會通過外殼和電纜產(chǎn)生輻射騷擾，這些騷擾會在上述環(huán)路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而增大騷擾電壓。測試原理如圖八所示。

圖八 接地點位置對傳導(dǎo)騷擾電壓測試的影響原理圖

        當接地點選在A點時，EUT、接地線、參考接地平板、AMN和電源線形成的環(huán)路面積*小，產(chǎn)生的感應(yīng)電流*小，此時測得的騷擾電壓*小。當接地點選在E點時，EUT、接地線、參考接地平板、AMN和電源線形成的環(huán)路面積*大，環(huán)路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流*大，因此測得的騷擾電壓也較大。這說明接地點位置的選擇對傳導(dǎo)騷擾電壓的測試結(jié)果具有重要影響。接地點距離AMN越近，接地線和電源線圍成的環(huán)路面積越小，產(chǎn)生的騷擾感應(yīng)電流越小，測得的騷擾電壓就越小。

7 結(jié)束語

        通過對電源端口傳導(dǎo)騷擾測試的原理分析，在進行電源端傳導(dǎo)騷擾測試時，應(yīng)保證人工電源網(wǎng)絡(luò)與接地參考面之間有良好的搭接，應(yīng)使用盡量短的扁平銅帶連接到接地參考平面上。同時應(yīng)將被試設(shè)備的地與人工電源網(wǎng)絡(luò)的地接在接地平面的同一點上，盡可能的減小接地阻抗帶來的測量差異。在國際、國內(nèi)的各類標準中，關(guān)于傳導(dǎo)騷擾測試，僅對被試裝置的試驗布置及配置情況進行了描述，并未對被試設(shè)備的接地方法進行規(guī)定。實驗室力求測試結(jié)果一致，可復(fù)現(xiàn)場地布置。被測系統(tǒng)運行操作要能代表典型的使用情況，這種情況(包括儀器的配置和接線方式)可能與現(xiàn)場使用有差異，實驗室應(yīng)該意識到這種差異，盡可能模擬產(chǎn)品現(xiàn)場配置，這樣測試結(jié)果才能反映真實的使用情況，從而有效控制和降低實驗室的測量風險。