EMC重要测试项目所需设备简介-杭州远方光电信息股份有限公司

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EMC重要测试项目所需设备简介

2020-01-10458

一、概念:

EMC(电磁兼容)的定义包含两个方面,其一是指该设备应能在一定的电磁环境下正常工作, 即该设备应具备一定的电磁抗扰度EMS;其二,该设备自身产生的电磁骚扰不能对其他电子产品产生过大的影响,即电磁骚扰EMI

为了规范电子产品的电磁兼容性,在全球各地区、国家都指定了相关的EMC标准、颁布了EMC法规,例如,欧洲在CE强制认证中颁布了EMC指令、美国颁布了FCC法规中的Part 15 B/C Part 22/24、中国CCC强制认证中颁布了GB9254GB4943.1 …… 这些政策对电子产品在EMC认证方面提供了有力保证。所以产品必须符合EMC法规要求,产品销售违反电磁兼容法规将面临高额罚款。因此,厂商越来越重视产品的电磁兼容性问题。

EMC测试项目主要包含两部分:

其一,是EMC实验室:EMC实验室指的就是EMC测试的外部环境,由于EMC测试属于高精度的专业测试,外部环境不能有电磁干扰,而EMC实验室能够屏蔽外界电磁干扰,是EMC测试的首要保证。EMC实验室有几个参数是需要我们重点考量的,首先是屏蔽效能,该参数是衡量EMC实验室屏蔽外界空间辐射的重要参数,其次是接地电阻,CNAS规定接地电阻必须小于4Ω,若接地电阻过大会影响EMC测试背景噪声,影响对测试结果的判断。其三是外部供电电源,EMC实验室滤波器带有漏电流且许多EUT为非常规供电电压,所以电源是必不可少的。但是电源自身的EMC性能若不合格,会直接影响EMC测试的背景噪声,从而影响对测试结果的判定。

其二,是EMC测试设备:EMC测试项目的实现,测试设备是最核心的条件。EMC测试设备需要考量的因素更多,虽然市场上有许多EMC测试厂商,国外的有罗德与施瓦茨,EMtest等,国内的有杭州远方等,从成本的角度出发,国产设备是远远低于进口设备。从售后角度出发,虽然进口设备的产品质量高于国产设备,但是进口设备的售后维修周期又远远大于国产设备。综上所述,测试设备的选型需要根据各公司自身的情况出发,综合考虑才能选出最适合自己的方案。

 

二、常规EMC测试项目及配置

下表所列为EMC重要测试项目-测试设备-测试环境(实验室)一一对应关系:

EMI测试项目

主要测试设备

测试环境

传导发射(连续骚扰)

接收机、人工电源网络、电压探头

屏蔽室

三环辐射(磁感应电流)

三环天线、接收机

屏蔽室

辐射发射(磁场)

环天线、接收机

电波暗室

辐射发射(电场)

接收天线、接收机

电波暗室

喀呖声(断续骚扰)

喀呖声分析仪、人工电源网络

屏蔽室

骚扰功率

接收机、功率吸收钳、去耦钳、导轨

屏蔽室

谐波电流

纯净交流电源、谐波闪烁分析仪

屏蔽室

电压波动及闪烁

纯净交流电源、谐波闪烁分析仪

无特殊要求

EMS测试项目

主要测试设备

测试环境

静电放电抗扰度

静电放电发生器

无特殊要求

射频电场辐射抗扰度

射频信号源、功率放大器、发射天线、功率计、场强计等

电波暗室

电快速瞬变脉冲群抗扰度

脉冲群发生器、耦合夹

无特殊要求

浪涌(冲击)抗扰度

雷击浪涌发生器

无特殊要求

射频传导抗扰度

一体化射频传导抗扰度系统、CDN

屏蔽室

工频磁场抗扰度

工频磁场发生器

无特殊要求

电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度

电压跌落发生器

无特殊要求

 

三、EMC测试仪器选型及测试注意点

1CE(传导骚扰)

CE是目前EMC测试中最常见的项目之一。传导骚扰指的是通过导线传递的电磁骚扰信号。从骚扰信号的种类来说,CE分成连续骚扰与断续骚扰,从骚扰信号的端口来说,CE又分成电源端口、通信端口、负载端口。

CE测试种类复杂,那么我们该进行设备选型呢?首先我们需要明确EUT的类型,明确EUT对应的标准,然后根据EUT对应的测试端口确定CE测试所需要的设备。比如照明类设备,对应的标准为GB17743CISPR15,标准上对CE电源端、通信端、控制端的测试设备都有规定,以CE电源端为例,我们需要用到测试接收机,人工电源网络。对于接收机我们需要关注哪些主要参数呢?首先是测试频段,照明产品测试频段为9kHz-30MHz,接收机必须能满足该频段要求,其次是测试带宽及检波器,接收机必须满足200Hz9kHz带宽,必须包含PeakQpeakCAvg3个检波器。在实际使用中,也有客户选择频谱仪代替接收机进行测试,但频谱仪的带宽和检波器是不能满足标准要求的,测试结果肯定也会有一定误差。对于人工电源网络,我们需要明确端口类型,电源端口我们采用VLISN,阻抗要求为(50uH+5Ω‖50Ω。另外我们还需要考虑EUT的供电电压,根据不同电压选择对应LISN

那么CE测试有哪些需要我们注意的地方呢?首先是EMC测试环境,EMC标准规定CE测试需要在屏蔽室内进行,有些厂家在前期设备选型时,为了节省成本经常只采购EMC测试设备,不考虑EMC实验室,将EMC测试设备放置在恶劣的电磁环境中,测试结果往往会被极差的背景噪声所淹没,从而影响对测试结果的判断。其二是设备的布置,CE的规范布置EMC标准上是有提及的,需要做到“280140”,280指的是EUT距离水平参考接地板80cm即测试桌高度为80cmEUT距离LISN输出端口80cm(即LISN放置在测试桌边缘正下方)。140指的是EUT距离垂直接地板40cm。其中提及EUT距离LISN端口80cm,而实际使用中经常会出现线缆长度大于80cm,我们可以将其8字绕接,绕接长度小于40cm。由于CE属于线缆上传递的电磁骚扰,线缆的布置是否标准会直接影响测试结果。

2RFP(骚扰功率)

RFP目前普遍应用于家电行业,RFP实质上是测试产品的辐射骚扰,RE天线法辐射骚扰是用接收天线来测量沿EUT外表面对外发射的电磁骚扰,而RFP骚扰功率是用电磁吸收钳来测量沿着电源线对外发射的电磁骚扰。

RFP测试需要接收机、电磁吸收钳、退耦钳、导轨。RFP测试使用导轨配合承载着电磁吸收钳的可移动小车对EUT电源线进行多点测量,用接收机对EUT的电磁骚扰量进行一个系统的判定。RFP测试设备中最重要的是接收机,接收机需要满足以下几基本点:1.频段覆盖30MHz-300MHz 2.包含120kHz带宽3.包含PeakQpeakCAvg3个检波器。另外当配置的是电动导轨的话,我们还需要配置一套软件以便联动接收机与导轨进行自动化测试。电磁吸收钳及退耦钳的选择除了必须满足频段覆盖30MHz-300MHz之外,还需要考虑EUT的测试电流及线径。

RFP测试在实际使用中有一点我们需要注意,许多厂商甚至第三方测试机构因贪图测试方便会直接将可移动小车固定在同一个位置测试,这种操作其实会影响测试结果。从原理上讲RFPRE(辐射骚扰)的替代法,若固定小车仅仅测试一个位置点是无法准确体现EUT的实际辐射状态的,并且大多数家电产品有各种内部控制程序,实际运行时的状态也是时域变化的,单位置点的测试时间往往又特别短,无法体现EUT的实际运行状态。故测试RFP骚扰功率是需要进行多点系统性测试。另外由于标准的变动,CISPR22标准已经被CISPR32所取代,并且CISPR32中也取消了RFP项目,但GB4343.1中还未取消。所以客户在选择该测试项目前需要明确产品需要满足的标准。

3RE辐射骚扰

REEMC测试中成本最高的项目之一,因为RE需要半电波暗室的实验室环境。半电波暗室在屏蔽室的基础上内部还需铺设铁氧体、吸波尖劈。所以半电波暗室需满足屏蔽效能指标外,还需满足FU/NSA/SVSWR等性能参数。因辐射骚扰是指EUT通过外表面对外发射的电磁骚扰信号,测量该信号时需要全方位多角度测量。所以电波暗室内部还需要用天线塔及转台,天线塔用于控制接收天线的高度(1m-4m)及极性变化(H/V),转台控制EUT的旋转角度0°-360°RE测试的信号路径为:EUT-接收天线-接收机。所以RE测试还需要接收机及接收天线。接收机频段需要覆盖EUT对应标准规定的频段范围,如照明产品一般为30MHz-300MHz,还需包含120kHz带宽及PeakQpeakCAvg3个检波器。另外由于涉及转台与天线塔的联动,所以还需要EMC测试软件联动转台、天线塔及接收机完成自动化测试。接收天线的选型相对比较简单,市面上的品牌也比较固化,我们只要满足接收天线满足RE测试频段即可。

RE在实际使用时,我们发现接收天线在1m-2m时接收到的的辐射骚扰信号往往会高于3m-4m,若我们在多次测试发现EUT的确满足这一规律时,可以仅测试1m-2m,这样可以为我们节省不少测试时间。

4RS辐射抗扰度

RSRE相同都需要用到半电波暗室的实验室环境,但由于RS属于抗扰度测试项目,RS需要一套标准信号发生设备:信号源、功率放大器、功率计、定向耦合器、发射天线、场强探头。RS测试前需要进行均匀场域校准,测试方式同FU性能测试。并且为了确保功率放大器不达到饱和状态:校准使用的场强至少为将要施加给EUT场强的1.8倍。校准时我们一般会采用恒定场强法对1.5m×1.5m均匀域内的16个点进行校准,若75%的校准点的差值在6dB之内,则场均匀域满足测试要求。为了满足场均匀域的实现,我们经常会在地面上铺设吸波尖劈,以达到减弱地面反射的效果。校准过程中,首先由信号源在相应频点发出一个标准信号,通过定向耦合器进行分路输出,两路分别输出至前向及反向功率计,另一路输出至功放,由功放对设备进行功率放大,再由发射天线对外发出,最后由场强探头对干扰信号进行测量,若未达到标准场强,则调整信号源输出信号大小直至到达标准场强。RS的测试流程同校准是差不多的,操作流程也相当简单。

5、另外

EMC测试中常见的还有谐波电流、电压波动与闪烁、静电放电抗扰度、电快瞬变脉冲群抗扰度等等,这些设备都是高度集成化的设备,并且软件设计及EUT的标准布置也比较简单,客户在实际使用时也非常容易掌握。

随着电子技术的发展,电子、电器产品的电磁兼容性(EMC)成为一项非常重要的质量指标,它不仅关系到产品本身的工作可靠性和使用安全性,而且还可能影响到其他设备和系统的正常工作。另外研究表明恶劣的电磁环境会对人体的神经系统、感官系统、免疫系统等造成严重的危害。电磁环境关乎人类的生活及健康,EMC已经成为产品必不可少的测试项目之一。

 

四、EMC领域知名品牌一览: