浪涌发生器校准标准的最新发展研究

肖娜丽,沈明炎，张杰梁，姜苏娜（福建省计量科学研究院，福建 福州 350003）



浪涌发生器校准标准的最新发展研究

肖娜丽,沈明炎，张杰梁，姜苏娜
（福建省计量科学研究院，福建 福州 350003）

摘要：文中深入研究了关于浪涌发生器校准的最新国际标准IEC 61000-4-5 ed3.0，并与现行标准在波形参数定义、互连线耦合/去耦网络参数和耦合/去耦网络输出端电流限值的调整等方面作了比较。以IEC 61000-4-5 ed3.0为理论基础，结合现状，指出现行标准不能满足日益发展的指标要求，为浪涌发生器校准提供技术参考，对避免不必要的结果误判具有重要的现实意义。

关键词：国际标准；波形参数；互连线；耦合/去耦网络；电流

沈明炎，男，福建省计量科学研究院，工程师，硕士

张杰梁，男，福建省计量科学研究院，工程师，硕士

姜苏娜，女，福建省计量科学研究院，助理工程师，硕士

1　引言

目前，我国浪涌发生器校准的主要依据是现行国家标准GB/T 17626.5-2008《电磁兼容 试验和测量技术 浪涌（冲击）抗扰度试验》，其中针对浪涌发生器的校准要求与国际标准IEC 61000-4-5：2005一致；而国内尚无与2014年最新修订、编号为IEC 61000-4-5 ed3.0的国际标准相对应的国家标准，即现行的国家标准相对滞后，已经无法满足近几年新生产的国内外浪涌发生器校准指标的要求，从而导致部分浪涌发生器校准结果被误判。因此，有必要深入研究最新国际标准的定义和方法，保证浪涌发生器校准工作的科学性。

文中深入研究最新国际标准IEC 61000-4-5 ed3.0，对波形参数定义、互连线耦合/去耦网络参数、耦合/去耦网络输出端电流限值的调整等方面的相关内容进行深入解读，对与现行国家标准不同之处进行分析，为浪涌发生器校准提供参考依据。

2　波形参数定义的变化

GB/T 17626.5-2008标准引用了两套参数对浪涌发生器的波形进行描述：（1）IEC 60060-1标准中的波前时间和半峰值时间；（2）IEC 60469-1标准中的上升时间和持续时间。IEC 60060-1标准中采用虚拟起点定义半峰值时间和波前时间 [1,2]。而IEC 61000-4-5 ed3.0标准仅采用波前时间和持续时间两个波形参数进行描述，不再引用半峰值时间和上升时间这两个波形参数[3]。该标准取消了虚拟起点，减少试验过程中寻找虚拟起点的难度及人为误差，提高了各个试验室校准结果的一致性和可重复性。图1、图2直接反映新旧标准波形定义的变化。

图1　GB/T 17626.5-2008中1.2/50μs开路电压波形定义图示

图2　IEC 61000-4-5 ed3.0中1.2/50μs开路电压波形定义图示

值得注意的是，IEC 61000-4-5 ed3.0所采用的波形参数均为虚拟参数。如持续时间不再是传统意义上电压（或电流）上升到50%峰值和下降到50%峰值两点间的时间间隔，而是该时间间隔乘以经验系数。以下为发生器输出端浪涌电压和浪涌电流时间的参数定义：

2　互连线耦合/去耦网络的波形参数

现行国家标准给出了交/直流耦合去耦网络校准的波形参数，而对互连线耦合去耦网络的类型、阻抗、去耦电感仅是简单描述，因此无法依据该标准对其特性进行校准。IEC 61000-4-5 ed3.0新增了互连线耦合/去耦网络特性的参数定义，以下对该类网络的波形参数及校准方法进行具体分析：

2.1 不对称互连线耦合/去耦网络的校准

进行不对称互连线耦合/去耦网络校准时，对耦合/去耦网络施加额定电压，根据表1进行设置，在EUT输出端测量峰值电压（电流）、波前时间、持续时间。当次测量应将脉冲施加于一个耦合路径且用于连接辅助设备的去耦网络输入端应接地。

表1　不对称互连线耦合/去耦网络校准概述

上述耦合方法对电压、电流波形有影响，表2和表3定义了该校准的参数及容差范围。

表2　不对称互连线耦合/去耦网络的EUT端口的浪涌电压波形参数

表3　不对称互连线耦合/去耦网络EUT端口的浪涌电流波形参数

2.2对称互连线耦合/去耦网络的校准

进行对称互连线耦合/去耦网络校准时，对耦合/去耦网络施加额定电压，根据表4进行设置，在EUT输出端测量峰值电压（电流）、波前时间、持续时间。用于连接辅助设备的去耦网络输入端应接地。建议不同端口间都要进行开路电压测量。对线之间的不同电压会对运行在高平衡网络的EUT 产生误判。该值的限值取决于EUT。

表4　对称互连线耦合/去耦网络校准概述

上述耦合方法对电压、电流波形均有影响，表5和表6定义了该校准的参数及容差范围。

表5　对称互连线耦合/去耦网络EUT端口的浪涌电压波形参数

表6　对称互连线耦合/去耦网络EUT端口的浪涌电流波形参数

在使用以上设置进行校准时，需注意以下四点：

（1）建议在最大额定脉冲电压下校准耦合/去耦网络，可将箝位设备和避雷器产生的开关噪声的影响降到最小。表3中所示发生器设置为4kV，若耦合/去耦网络的最大额定脉冲电压是其他值，则校准应在最大额定脉冲电压下进行，短路峰值电流参数也相应调整。例如：最大电压为1kV，则短路电流值应为表中幅值乘以1/4。该校准方法也适用于根据表6校准的对称互连线耦合/去耦网络。例如：最大电压为4kV，则短路电流值应为表中幅值乘以2。

（2）通过避雷器、箝位器件或雪崩器件耦合会在脉冲波形上叠加一些开关噪声。通过使用尽可能高的脉冲电压减少它们对测量结果的影响；建议在测量过程忽略开关噪声对波前时间和持续时间值的影响。

（3）表2、表3和表5、表6给出的值组合波发生器的理想值。如果组合波发生器产生的参数值接近临界值，加上耦合/去耦网络后其偏差可能会超出CWG-CDN组合后的允许范围。

（4）应根据电路的功能以及运行状态来选择对称互连线耦合/去耦网络的耦合方法，同时要保证其脉冲参数符合表6的要求。

3　耦合/去耦网络电流限值的调整

电源线的浪涌测试通常采用电容耦合的方式，通过18µF电容将浪涌信号施加到电源线相线与相线之间模拟线-线耦合；通过9µF电容和10Ω电阻将浪涌信号施加在电源线相线与地线之间模拟线-地耦合[4]。现行国家标准仅给出了100A以下的耦合去耦网络的参数限值，且规定额定电流大于25A的耦合/去耦网络可适当放大限值。该规定已经无法满足现代大电流电子产品的需求，以下对IEC 61000-4-5 ed3.0：2014中耦合去耦网络电流限值调整的具体分析：

3.1用于200A以下的耦合/去耦网络

对于额定电流大于16A的耦合/去耦网络，为了防止其造成不必要的压降，可减少去耦元件的值。因此，大限值范围的电压定义是可接受的，峰值电压和开路电压持续时间可在无负载条件下根据表7的范围进行测量。随着社会发展、技术革新，大电流电子电器产品需求量增大，故在IEC 61000-4-5 ed3.0：2014中，不仅调整了额定电流的分段节点及上下限，也将电流上限从100A提高至200A。

表7　耦合/去耦网络EUT端口的电压参数

大电流仪器所表现的低阻抗特性使得浪涌接近短路电流的环境，因此大电流耦合/去耦网络的电流波形参数的校准尤为重要。其技术参数及容差可见表8。

表8　耦合/去耦网络的EUT端口的电流参数

3.2 200A以上将浪涌施加到线上的耦合/去耦方式

由于大电流EUT呈低阻抗特性，使得大部分的浪涌能量被浪涌发生器的输出阻抗所吸收。考虑内置浪涌保护装置的作用，若浪涌足够大到使浪涌保护装置工作，浪涌保护装置性能良好的情况下可吸收大部分浪涌能量；若浪涌电压低于浪涌保护装置的启动阈值，则全部的浪涌都将流入EUT。

大电流EUT测试时可采用电容耦合的耦合网络；去耦网络由提供足够电感的单扼流线圈或一条足够长的线缆（假设一条1m长的直电线为1µH）组成。表9给出了建议的电感值。值得注意的是测试三相电源系统时，若EUT每个相线的额定电压超过415V，则供电电压可能损坏浪涌发生器，耦合元件的工作电压应大于等于EUT的额定电压。

表9　去耦线的建议电感值（＞200A）

4　结束语

文中通过比较关于浪涌发生器校准的最新国际标准与国内现行标准，对波形参数定义、互连线耦合/去耦网络参数及耦合/去耦网络输出端电流限值的调整等方面作了详细的分析。以IEC 61000-4-5 ed3.0标准为理论依据，结合国内浪涌发生器的校准现状，指出浪涌发生器技术参数上的发展，避免因标准滞后产生不必要的结果误判，同时也建议生产商根据最新的国际标准合理调整产品参数，避免不必要的经济损失。

参考文献

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 17626.5-2008.电磁兼容 试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验[S].北京:中国标准出版社,2009-01-01.

[2]IEC 61000-4-5 ed2.0.Electromagnetic Compatibility(EMC)- PART 4-5:Testing and Measurement Techniques –Surge Immunity Test[S],2005.

[3]IEC 61000-4-5 ed3.0.Electromagnetic Compatibility(EMC)- PART 4-5:Testing and Measurement Techniques –Surge Immunity Test[S],2014.

[4]刘维嘉.IEC浪涌测试标准新发展[J].电子质量.2012,(12):66-69.

Research on the New Progress of Standard for the Calibration of Surge Generators

XIAO Na-Li, SHEN Ming-Yan, ZHANG Jie-Liang, JIANG Su-Na
(Fujian Institute of Metrology, Fuzhou 350003,Fujian,China)

Abstract:The thesis lucubrates the latest international standard IEC 61000-4-5 ed3.0 which is about the calibration of surge generators by comparing the domestic current standards, including the definition of waveform parameters, specifications of coupling/decoupling network for interconnection lines, adjustments of current range for coupling/decoupling network ports, etc.Based on the theory of IEC 61000-4-5 ed3.0 and combined with the status quo, the thesis points out that the current standard can’t meet the developing index requirements, provides technical reference for the surge generator calibration, avoids unnecessary results misjudgment which has important practical significance.

Key Words:International standards;Waveform parameters;Interconnection lines;Coupling/decoupling network;Current

作者简介：肖娜丽，女，福建省计量科学研究院，工程师，硕士

收稿日期：2015-12-31