電源線尖峰信號時域傳導發(fā)射測試方法解讀與改進

王月焜，李彥，江朝軍

（1.遵義市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗檢測院，遵義 563099；2.公牛集團股份有限公司，慈溪 315314）

引言

電源線尖峰信號時域傳導發(fā)射項目是電磁兼容試驗和供電兼容試驗中的一項常規(guī)試驗項目，用于考核受試品(以下簡稱EUT)在各種開關切換瞬間，沿電源線向外發(fā)射的尖峰電壓信號，其數(shù)次操作產(chǎn)生的最大的正負尖峰電壓應滿足相應限值要求。在實際測試過程中，因為測試標準的差異、標準本身的不詳盡，常常導致該項目測試結(jié)果判斷不準確。本文主要分析了幾個標準之間的差異和存在的缺陷，提出該項目試驗的改進方法。

1 標準中的試驗方法與缺陷

1.1 軍用設備電磁兼容試驗

在GJB 151B-2013《軍用設備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》中，CE107 電源線尖峰信號時域傳導發(fā)射試驗布置如圖1 所示，由圖中可以看出，電源輸入和LISN 之間無開關，EUT 的電源開關和狀態(tài)切換開關隱含在EUT 框圖內(nèi)。試驗中，連接在LISN 電源輸出線和地線之間的示波器上一直存在輸出電壓，當切換電源開關和狀態(tài)開關時，EUT 引起的電壓尖峰信號直接疊加在輸出電源線上。

圖1 軍標試驗布置

標準規(guī)定，尖峰信號的幅值以開關操作瞬間出現(xiàn)在電源電壓波形處的電壓為基準，不是以示波器縱軸的0 V 為基準[1]。對于直流供電產(chǎn)品，示波器采用直流耦合很容易讀出電壓變化，但是對于交流供電產(chǎn)品電壓尖峰有時候監(jiān)測不明顯，尖峰信號判讀較為困難。

總的來說，以上試驗存在兩方面的缺陷。

1）試驗認為電源開關和狀態(tài)切換開關隱含在EUT 內(nèi)，而事實是許多研制產(chǎn)品自身不帶電源開關，但對產(chǎn)品通斷瞬間的尖峰發(fā)射信號確有要求，試驗時只得外接開關替代，由于缺乏對開關的規(guī)定和操作差異性，該試驗的一致性和可重復性較低。

2）如圖2 所示為220 V/50 Hz 交流供電產(chǎn)品試驗截圖，若按標準要求從電壓變化波形處開始讀取尖峰信號，變化的電壓值為426.25 V，其值遠超出220 V 的+50 %，即110 V 限值。顯然該電壓變化波形不像產(chǎn)生了尖峰信號，也無法從中讀出辦峰值脈沖寬度，因此該結(jié)果判讀方式存在缺陷。

圖2 交流產(chǎn)品開關閉合波形

1.2 飛機用電設備供電兼容試驗

在某型號飛機用電設備供電兼容試驗方法中，電源線尖峰信號時域傳導發(fā)射試驗布置如圖3 所示，由圖中可以看出，電源輸入和LISN 之間的正線連接了接觸器，開關K 控制接觸器的通斷，進而控制EUT 的通斷來測量尖峰信號，因此默認EUT 框圖內(nèi)不存在開關，或開關應保持常閉狀態(tài)進行試驗。除此以外，該方法完全引用了GJB 151B-2013 中的結(jié)果判讀原則，顯然此時示波器上并不是一直存在輸出電壓，典型的直流EUT上電波形如圖4所示。

圖3 飛機用電設備試驗布置

以上試驗同樣存在兩方面的缺陷。

1）雖然試驗統(tǒng)一了EUT 通斷開關為輸入電源和LISN 之間的接觸器，但沒有對該接觸器進行規(guī)定，試驗的可重復性較差；同時，對于自身具備電源開關的產(chǎn)品考核不全面。

2）在尖峰電壓讀取時存在較大的缺陷。如圖4 所示，若按照GJB 151B-2013 中的要求，尖峰信號從電壓變化瞬間開始計算，則從0 V 上升到穩(wěn)態(tài)的電壓就已超出了+50 %的極限要求，圖4 為典型的阻性負載上電波形，其尖峰信號超標的結(jié)論顯然不合理。如此計算，還存在幾乎所有測試結(jié)論均不合格的情況。

圖4 直流EUT 上電波形

1.3 汽車電子電磁兼容試驗

在GB/T 21437.2-2008《道路車輛 由傳導和耦合引起的電騷擾第2 部分：沿電源線的電瞬態(tài)傳導》標準中，電壓瞬態(tài)發(fā)射試驗等同于上述的電壓尖峰時域傳導發(fā)射試驗，其試驗布置如圖5 所示，該標準中對人工網(wǎng)絡AMN 和通斷開關S 進行了規(guī)范，負線接地，尖峰電壓即為正負線之間產(chǎn)生的電壓，每根電源線不再單獨對地測試。

圖5 汽車電子試驗布置

標準中對尖峰電壓的規(guī)定是以示波器的0 V 為基準，記錄含有最大正幅度和最大負幅度（及與之相關的參數(shù)）的波形[2]。

以上試驗雖然在測試過程中沒有爭議，但是對于產(chǎn)品自身具備電源開關，以及產(chǎn)品本身就是開關和接觸器一類的產(chǎn)品，沒有真正考核到產(chǎn)品的性能，存在缺陷。

2 試驗方法與結(jié)果判讀改進

根據(jù)以上分析發(fā)現(xiàn)，難以對所有類型產(chǎn)品執(zhí)行統(tǒng)一的試驗方法，因此建議將產(chǎn)品分為如下兩類進行試驗。

2.1 帶開關試驗產(chǎn)品

對自身無開關產(chǎn)品和開關一類產(chǎn)品在頂層試驗大綱規(guī)劃時，應盡量協(xié)調(diào)配套產(chǎn)品一起進行試驗，否則按后續(xù)規(guī)定執(zhí)行；開關一類產(chǎn)品單獨進行試驗時，應帶相同阻值的阻性負載進行試驗，以上兩類產(chǎn)品試驗方法同自身帶開關產(chǎn)品一樣，試驗布置參照圖1 進行。

2.2 不帶開關試驗產(chǎn)品

自身無開關產(chǎn)品單獨進行試驗時，依據(jù)飛機用電設備供電兼容試驗方法，如圖3 所示，將標準開關連接在電源輸入和LISN 之間，并對該標準開關作出統(tǒng)一規(guī)定，規(guī)定可參照GB/T 21437.2-2008 中對汽車繼電器的要求。

2.3 結(jié)果判讀方法

電源線尖峰信號時域傳導發(fā)射測試是為了限制在產(chǎn)品操作瞬間產(chǎn)生的電壓尖峰，以免影響周圍的電路和負載正常工作，主要影響因素是電壓尖峰的幅值和電壓變化時間，因此建議修改結(jié)果判讀規(guī)定如下：

正尖峰為超出上限穩(wěn)態(tài)包絡的電壓值，負尖峰為超出下限穩(wěn)態(tài)包絡的電壓值，交直流供電的極限值均為額定電壓的±50 %，記錄電壓的變化時間，而不僅是半峰值脈沖寬度，這將有利于對試驗結(jié)果進行更全面的分析評估。

3 總結(jié)

電源線尖峰信號時域傳導發(fā)射測試在軍用設備、汽車電子和飛機用電設備的兼容性測試中都具有重要意義，限制電源線上發(fā)射的尖峰電壓信號，有利于避免相鄰電路受到過壓沖擊和電磁干擾，是許多EUT 必不可少的試驗項目。在制定各標準時，考慮的現(xiàn)場情況也許不夠全面，筆者根據(jù)多年的一線試驗經(jīng)驗和同行交流，未能完全解決個人困惑，因此立足試驗目的，提出了上述試驗方法和結(jié)果判讀原則，以供同行交流指正。