CS101试验的功放保护方法研究

傅小叶　张荣荣　李金蓉　张宇

摘要：根据《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》（GJB 151B-2013）进行CS101电磁兼容试验时，功率放大器的保护是一个不可忽视的问题。本文结合实践，提出一种分压保护的方法，并给出了该方法下CS101试验的具体实施步骤，试验证明此方法可行。

关键词：CS101;功放保护;传导敏感度

中图分类号：TN7 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）03-0112-02

0 引言

随着信息技术的发展、电气化及自动化水平的不断提高，电磁环境日益复杂，电磁干扰在产品研制中的问题愈加突出，电磁兼容性已不容忽视。在军标的电磁兼容测试中，CS101试验主要是检验EUT（待测产品）承受耦合到输入电源线上的信号的能力。主要目的是在允许电源电压波形失真的脉动电压条件下确保EUT性能不降低。由于EUT在电源频率上的负载电流会在耦合变压器初级产生电压，负载电流越大则引起的电压越大，这些电压可能给功率放大器带来潜在的隐患。GJB 151B-2013中提出的功率抵消方法由于操作难度大，不易于实现，本文通过原理分析和试验结合，提出一种分压保护的方法，并用试验验证了该方法的有效性。

1 试验方法分析

GJB152A-1997中CS101的测试布置图如图1所示。信号发生器作为干扰源输出一个正弦波，经过音频功放的放大之后，通过耦合变压器耦合到EUT的输入正线上。示波器用来监测耦合信号的大小，由监测设备监测EUT输出的信号，观察被测件是否有工作正常、性能下降或者出现故障现象。

根据耦合变压器的原理可知，耦合变压器实际上是由两个线圈组成，分别称之为初级和次级，初级和次级电压分别记为U2、U1，简化图如图2所示。CS101试验中功率放大器端连接的是初级，EUT的输入电源线连接的是次级。初级和次级线圈匝数比为2：1，电压比为2：1，即U2：U1=2：1。

正常情况下，耦合变压器次级端子间是没有电压的，即U1=0。由于某些EUT工作时，电路中电容电感发生了谐振，会在电源线上产生一个较大的谐振电压，导致耦合变压器次级端子间电压U1不为零。此时初级电压U2=2U1，即耦合变压器初级会产生一个2倍次级的电压。实际中，由于功放输出端的安全电压（5V）远远小于U2，若把功放的输出端接到耦合变压器初级上，功放则会损坏。

2 方案比较

由于U1是EUT电路谐振产生的，在不改变EUT电路和CS101測试布置的前提下是无法消除的。想要保护功放，只能尽量减小U2的值。下面两种方案都可以实现这个目的。

2.1 抵消保护法

新标准GJB151B-2013中推荐了一种方法。该方法采用一个等效EUT的假负载和一个附加的耦合变压器，以使其感应电压等于注入耦合变压器的感应电压，幅值相同但相位相反。这时耦合变压器初级两端的电压刚好抵消，即U1等于零。但该方法并不完美，该方法要求假负载与EUT流过的电流相同，并且功率因素一样，这很难实现。因为不同EUT具有不同的电流和功率因素。其次该方法只在交流电源输入的情况下有用，不适用于直流供电的EUT。此外该方法需要两个耦合变压器，提高了试验成本。

2.2 分压保护法

为了解决上述方法的缺点，本文提出一种分压保护法方法，通过在耦合变压器的初级与功放间串联和并联电阻，来实现减小U1的目的。两个电阻均为可调电阻，通过电阻分压来减小U1。下面对功放保护电路的具体原理进行分析。

耦合变压器实际上是由两个电感组成。耦合变压器初级可以看成一个电源，电源的内阻为2Ω，电源电压为U，功率放大器的内阻为R1，串联电阻为R2，并联电阻为R3，对应的电压分别为UR1、UR2和UR3。电路原理图如图3所示。

2.2.1 并联电阻的作用

根据欧姆定律，可以得到耦合变压器的初级输出电压

UR3=                                    （1）

从公式（1）可以看出，当R3=∞时，UR3=U;即当该电路不接并联电阻R3时，耦合变压器的初级输出电压就等于感应电压U。同时，R3越小，UR3就越小。因此，并联一个阻值较小的电阻，可以有效的降低UR3的值，但R3太小容易造成功放输出短路。试验时，R3值应从大慢慢调小，直到UR3的有效值小于5V为止。

2.2.2 串联电阻的作用

根据欧姆定律，可以得到功率放大器内阻两端的电压

UR1=                                 （2）

从公式（2）可以看出，当R2=0时，UR1=UR3;即当该电路不接串联电阻R2时，功率放大器内阻两端的电压等于耦合变压器的初级输出电压。同时，R2越大，UR1就越小。因此，串联一个阻值较大的电阻，可以有效的降低UR1的值，但R2太大容易造成功放输出效率降低。试验时，R2值取决于功放的内阻大小和输出功率。

3 方案实施

试验中应用分压保护法时可分以下五个步骤实施：

（1）按照标准要求的试验配置，连好线。先不接功率放大器，给EUT上电，使EUT正常工作。

（2）用示波器监测耦合变压器初级的电压。如果该电压的有效值大于5V，给EUT下电，在耦合变压器的初级并联一个最大阻值为1Ω的可调电阻R3。R3的初始值设为1Ω。

（3）给EUT上电，使EUT正常工作。用示波器监测耦合变压器初级的电压。如果该电压的有效值小于5V，直接进入下一步骤。如果该电压的有效值仍大于5V，减小R3的值，直到小于5V为止。

（4）给EUT下电，在功率放大器的输出端串聯一个最大阻值为1Ω的可调电阻R2，R2的初始值设为1Ω。

（5）给EUT上电，使EUT正常工作。按照标准要求的方法，给EUT施加干扰。如果试验过程中功放的输出功率不够，适当减小R2的值即可。

4 试验验证

下面用一个实例来说明该功放保护方法的有效性。某产品为220V，50Hz供电，其正常工作后，由于谐振的原因，在耦合变压器的初级产生一个有效值为70.3V的电压，如图4所示。很明显，电压远远大于5V，功放不能直接连接到布置图中。

采用本文提出的分压保护法，在耦合变压器的初级先串联一个最大阻值为1Ω的可调电阻。此时初级电压降至13.3V，如图5所示。接着把串联电阻调为0.5Ω。初级电压降至3.43V，如图6所示。

通过上述试验可以看出，分压保护法作用非常明显。经过分压之后，耦合变压器初级电压直接从70.3V降低到了3.43V，达到了安全范围值。

5 结语

本文以GJB152A-1997、GJB 151B-2013、中CS101试验中遇到的功放容易烧坏的问题，经过原因探究、方案比较、原理分析、方法实施、试验验证，提出并验证了一种可以对功放进行有效保护的方法。该方法不仅适用性广，易于实现，可操作性强，同时紧密联系实际，能够有效地对功放进行保护，具有很大的实用价值。

参考文献

[1] 国防科技技术工业委员会.GJB151A-1997军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求[S].北京：中国标准出版社，1997.

[2] 国防科技技术工业委员会.GJB152A-1997军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求北京[S].中国标准出版社，1997.

[3] 中国人民解放军总装备部.GJB151B-2013军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量[S].北京：中国标准出版社，2013.

Research on Power Amplifier Protection Method of CS101 Test

FU Xiao-ye，ZHANG Rong-rong，LI Jin-rong，ZHANG Yu

（Guizhou Aerospace Measurement and Testing Technology Institute，Guiyang Guizhou  550009）

Abstract：According to the " Electromagnetic emission and susceptibility requirements and measurements for military equipment and subsustems" （GJB 151B-2013）， the protection of the power amplifier is a problem that cannot be ignored when performing the CS101 test. In this paper， a method of voltage division protection is proposed in combination with practice， and the specific implementation steps of CS101 test under this method are given. The experiment proves that this method is feasible.

Key words：CS101;power amplifier protection;conduction sensitivity