電快速瞬變脈沖群的測試特點及原理

1.實驗的目的

電快速瞬變脈沖群EFT試驗的目的是驗證電子設(shè)備機械開關(guān)對電感性負載切換、繼電器觸點彈跳、高壓開關(guān)切換等引起的瞬時擾動的抗干擾能力。這種試驗方法是一種耦合到電源線路、控制線路、信號線路上的由許多快速瞬變脈沖組成的脈沖群試驗。容易出現(xiàn)問題的場合有電力設(shè)備或監(jiān)控電網(wǎng)的設(shè)備、使用在工業(yè)自動化上面的設(shè)備、醫(yī)療監(jiān)護等檢測微弱信號設(shè)備。

2.干擾的特點

EFT的特點是上升時間快，持續(xù)時間短，能量低，但具有較高的重復(fù)頻率。EFT一般不會引起設(shè)備的損壞，但由于其干擾頻譜分布較寬，會對設(shè)備正常工作產(chǎn)生影響。其干擾機理為EFT對線路中半導(dǎo)體結(jié)電容單向連續(xù)充電累積，引起電路乃至設(shè)備的誤動作。

1）電快速瞬變脈沖群測試及相關(guān)要求

不同的電子、電氣產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對EFT抗擾度試驗的要求是不同的，但這些標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于EFT抗擾度試驗大多都直接或間接引用GB/T17626.4這一電磁兼容基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，并按其中的試驗方法進行試驗。下面就簡要介紹一下該標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容。

2）信號發(fā)生器和試驗波形

a）信號發(fā)生器

其中，U為高壓直流電源，Rc為充電電阻，Cc為儲能電容，Rs為內(nèi)部的放電電阻，Rm為阻抗匹配電阻，Cd為隔直電容，R0為外部的負載電阻，Cc的大小決定了單個脈沖的能量，Cc和Rs的配合決定了脈沖波的形狀（特別是脈沖的持續(xù)時間），Rm決定了脈沖群發(fā)生器的輸出阻抗（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定是50Ω），Cd則隔離了脈沖群發(fā)生器輸出波形中的直流成分，免除了負載對脈沖群發(fā)生器工作的影響。

圖1.信號發(fā)生器

b）實驗波形

試驗發(fā)生器性能的主要指標(biāo)有三個：單個脈沖波形、脈沖的重復(fù)頻率和輸出電壓峰值。IEC 61000-4-4要求試驗發(fā)生器輸出波形應(yīng)如圖2，3所示。

EFT是由間隔為300ms的連續(xù)脈沖串構(gòu)成，每一個脈沖串持續(xù)15ms，脈沖波形組成，單個脈沖的上升沿5ns，持續(xù)時間50ns，重復(fù)頻率5kHz和100kHz。為了保證5kHz和100kHz注入的能量具有等效性，當(dāng)用100kHz的重復(fù)頻率代替5kHz時，EFT的持續(xù)時間從15ms縮減到0.75ms。傳統(tǒng)上使用5kHz的重復(fù)頻率，然而100kHz更接近實際情況。在電力上一般要求為100kHz。

c）干擾實驗等級

受試設(shè)備的被試驗部分主要包括設(shè)備的供電電源端口，保護接地，信號和控制端口。

圖4 脈沖群試驗等級

需要注意，并不是信號和控制信號在相同測試等級下信號發(fā)生器輸出電壓就比對電源測試的電壓要低，實際信號發(fā)生器輸出的信號幅度是一致的，是由負載阻抗決定的。信號線一般阻抗為50歐，信號發(fā)生器內(nèi)有50串接電阻。所以信號測量電壓應(yīng)為0.5xVp（開路）。此電壓可以正負偏差10%。

3、耦合裝置

IEC 61000-4-4提供的耦合裝置有兩種：耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)和容性耦合夾。一般情況下，耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)主要用于電源端口試驗，容性耦合夾主要用于I/O端口和通信端口試驗。

4、耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)

耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)的作用是將干擾信號耦合到受試設(shè)備并阻止干擾信號連接到同一電網(wǎng)中的不相干設(shè)備。

圖5.耦合裝置

耦合脈沖干擾是通過33nF的電容，同時施加到L1、L2、L3、N、PE信號上。信號電纜的屏蔽層則和耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)的機殼相連,機殼則接到參考接地端子上。這表明脈沖群干擾實際上是加在電源線與參考地之間,即加在電源線上的干擾是共模干擾。

5、容性耦合夾

對于采用耦合夾的試驗來說,耦合夾能在受試設(shè)備各端口的端子、電纜屏蔽層或受試設(shè)備的其他部分無任何電連接的情況下把快速瞬變脈沖群耦合到受試線路上。電容耦合夾的結(jié)構(gòu)如圖？所示。試驗中受試線路的電纜放在耦合夾的上下兩塊耦合板之間,耦合夾本身應(yīng)盡可能地合攏,以提供電纜和耦合夾之的最大耦合電容。耦合夾與電纜之間的典型電容是50-200pf。