瞬态传导骚扰测试方法及其抑制技术的探讨

黎俊勇

（工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州，510610）

0 引言

感性器具负载，比如电机、压缩机、水泵、风扇和交流开关触点、电磁阀等，在其动作瞬间会产生以脉冲形式存在的瞬态传导骚扰[1]。由此产生的瞬态传导骚扰的幅值会很高，可以上到数千伏，其存在会严重影响与其处于同一电网的其它电子产品的正常运行，导致周围带数字控制电路的产品的微处理器突然跳到一个错误的指令状态。针对瞬态传导的骚扰所引起的危害问题，在很多军标、民标和企业中制定了明确的测试和评价方法，如GJB 152A-1997的CE 107电源线尖峰信号（时域）传导发射、GB 4343.1-2009中的喀呖声项目测试和美国通用电气公司的ETP 910中的瞬态传导骚扰测试等。

1 测试方法介绍

1.1 闭路电流测试法 [2]

测试设备需要一个带宽大于50 MHz的记忆示波器或峰值记忆电压表，一个频率范围为10 kHz～50 MHz的电流探头和两个10 μF的穿心电容器。具体布置如图1所示，图中A、B端接屏蔽室电源滤波器的输出端，测试要点如下：

a）电流探头靠近试样电源线10 μF穿心电容附近，电流探头的输出端接到记忆示波器或峰值记忆电压表上。

b）对被测设备的各种工作状态进行重复操作，比如各种开关的通断、电机的启动和停止、继电器的吸合和断开、压缩机的启动和停止等，并通过记忆示波器或峰值记忆电压表读取各种状态的最大值。如有可能同步时，被测设备开关的转换器调节就会在电源线峰值和零值处出现。

c）峰值电流通过公式 IdBμA=VdBμV-ZdBΩ转换，其中ZdBΩ为电流探头由记忆示波器或峰值记忆电压表加载的变换阻抗；如果记忆示波器或峰值记忆电压表输入阻抗并联一个50 Ω电阻，则可用已知的电流探头的变换阻抗。

图1 瞬态传导闭路电流测试布置图

1.2 开路电压测试法 [2]

测试设备需要一个带宽大于50 MHz的记忆示波器或峰值记忆电压表，一个频率范围为10 kHz-50 MHz的电压探头，两个10 μF的穿心电容器和两个25 μH的电感器，该电感器与10 μF穿心电容在10 kHz以下提供拐角或陷波，而且谐振频率高于50 MHz，能通过被测设备的工作电流。具体布置如图2所示，图中A、B端接屏蔽室电源滤波器的输出端，测试要点如下：

图2 瞬态传导开路电压测试布置图

a）电压探头靠近电源线10 μF穿心电容附近的电感器上，电压探头的输出端接到记忆示波器或峰值电压表上。

b）对被测设备的各种工作状态进行重复操作，并通过记忆示波器或峰值记忆电压表读取各种状态的最大值。

1.3 LISN测试法 [2]

测试设备需要一个带宽大于50 MHz的记忆示波器或峰值记忆电压表，一个频率范围为10 kHz～50 MHz的电流探头，一个频率范围为10 kHz～50 MHz的电压探头和一个50 Ω/50 μH的V型线路阻抗稳定网络。具体的布置如图3所示，测试要点如下：

a）被测设备电源输入端插到线路阻抗稳定网络电源输入口处。

b）电流探头位于被测设备与线路阻抗稳定网络直接靠近线路稳定网络的电源线上测试，电压探头连接到线路阻抗稳定网络信号输出端上测试。当进行电流测试时，50 Ω电阻需端接在线路阻抗稳定网络信号输出端子上。

c）对被测设备的各种工作状态进行重复操作，并通过记忆示波器或峰值记忆电压表读取各种状态的最大值。

图3 瞬态传导LISN测试法布置图

1.4 专用设备测试法

针对某些标准所规定的瞬态传导测试方法和评定要求，很多仪器制造商研制了具体的测试设备。利用专用设备进行瞬态传导骚扰测试，可以使得测试更简单和客观，可以避免很多的人为因素，但是也存在标准局限性的缺点：单一型号的仪器设备基本只能适用于一个标准，而且可考察的频率范围比较窄，如适用于GB 4343.1-2009标准的喀呖声测试仪所考察的频点也仅为150 kHz、500 kHz和1.4 MHz、30 MHz 4个频点[3]。图4所示的布置为针对GB 4343.1-2009所使用的一种瞬态传导的测试方法[3]，测试要点如下：

a）被测设备电源输入端插到LISN的电源输入口处，被测样品按具体的标准要求进行布置。

b）喀呖声测试仪的信号输入口通过信号线LISN的信号输出口相连。

c）按照标准对具体产品的要求对被测设备进行设置和控制。

d）在测试周期内，喀呖声测试仪根据具体的标准要求对被测样品在各具体的频点上所产生的瞬态传导进行记录和评定。

图4 瞬态传导专用设备测试法布置图

2 抑制技术

分析瞬态传导骚扰的形成机理，主要是感性器具负载在通断过程中电压和电流均不为零，并且出现了重叠，在通断过程中电压、电流变化都很快，波形出现明显的过冲，导致了瞬态传导骚扰[4]。对此我们可以在控制感性负载通断的开关电路中增加了小电感、电容等谐振元件，在开关过程前后引入谐振，消除电压、电流的重叠，从而达到降低瞬态传导骚扰的目的，目前常用的技术被称为软开关技术。我们可以通过加入软开关电路来实现零电压开通、零电流关断、零电压关断和零电流开通，从而避免了感性负载通断瞬间电压和电流的重叠而形成的瞬态传导骚扰[4]。典型的软开关电路有零电压开关准谐振电路（如图5所示）、谐振直流环电路（如图6所示）、移相全桥型零电压开关PWM电路（如图7所示）和零电压转换PWM电路（如图8所示）[4]。

瞬态传导骚扰的抑制除了使用软开关电路之外，还可以考虑从电源滤波和能量吸收方面对瞬态骚扰进行抑制。可以在被供电设备的电源输入端增加高频吸收回路，抑制其高频骚扰向电源反向注入。被供电设备的瞬态传导骚扰幅值过高，电源滤波网络无法将其完全抑制，此时应根据超标的频率范围加强相应频段滤波网络的滤波能力，如使用多级滤波。

另外，在设计中也需要考虑电源初级和次级之间的良好隔离，从而减轻瞬态传导骚扰的耦合。电源的输入端和输出端靠得太近，被供电设备的瞬态传导骚扰通过空间耦合到供电端，形成骚扰，此时应通过改变布局和布线结构，以减轻这种耦合。若被测设备是有外接地线的设备，可能因为系统接地方式不合理，感性器具负载端的瞬态传导骚扰通过接地不良的地线耦合到电源输入端，造成测量超标，此时应通过调整和改变系统的接地方式来减少这种骚扰的发生。若通过测试验证瞬态传导骚扰是通过接地线耦合的，就可在电源地与负载地之间连接时增加高频扼流圈；或在不影响供电设备正常工作情况下可以通过将电源地与负载地分开，让负载浮地的方法来抑制电源和感性器具负载之间的地线耦合而引起的瞬态传导骚扰。

3 结束语

瞬态传导骚扰存在于日常使用的各种各样的电气设备当中，其危害已经不容忽视，越来越多的产品标准已经加入了此项目的考察内容。对于瞬态传导骚扰在国际或是国内还未形成一个统一的评定准则，这个留待科研人员继续去研究和探讨。本文介绍了瞬态传导干扰形成的机理、几种常用的测试方法及一些抑制方法原理和常用电路，希望能给科研人员对电子电气设备所产生的瞬态传导骚扰进行更深入的研究提供帮助。

[1]EPT 910E001-2010，GE consumer&industrial engineering test procedure[S].

[2]GJB 152A-1997，军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量[S].

[3]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1部分：发射[S].

[4]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].西安：机械工业出版社，2005.