电子电气设备电源端骚扰电压检测的内部质量监控分析

黄 华 张 娴 杨子又 黄 浩 周 俊 橐晓宇 刘 成

（上海海关 上海 200135）

1 前言

电源端骚扰电压是电子电气设备通过电源线向公共电网传输的电磁骚扰值，适用于所有由公共电网供电的设备，它是表征电子电气设备在公共环境中安全工作的重要参数。国内外电子电气产品的EMC 认证标准均对其有强制性的要求，因而电源端骚扰电压检测结果的准确与否，是否位于测试结果的置信概率的范围，将直接影响产品的认证结果。本文依据CNAS-TRL-008：2018《电气检测领域实验室内部质量监控方法和实例》[1]的导则的要求，对骚扰电压的检测进行内部质量监控，并量化为能力统计量En值来表征骚扰电压检测质量监控的结果。当|En|≤1，则结果是满意的，或者实验室检测结果符合声明的测量不确定度；当|En|＞1，则结果不满意，或者实验室检测不符合声明的测量不确定度。

2 电源端骚扰电压检测

2.1 测试原理及设备

根据cispr 16-2-1 的规定，电子、电气设备的电源端骚扰电压测试，需在标准的测试场地（屏蔽室）中进行。

主要使用的设备、设施包括屏蔽室、人工电源网络（AMN）、电源及接收机均需由国家认可计量资质的部门进行计量校准，并确认符合国家相关标准要求。其中，AMN 的分压系数值和测试连接电缆的损耗值还应补偿在测试结果中。屏蔽室、接收机和AMN 的要求详见表1。

表1 电源端骚扰电压测试设备

（续表1）

2.2 骚扰电压质控检测样品

为了保证样品的均匀性和稳定性，本次骚扰电压检测样品选用标准的梳妆信号发生器CGC-255，频率范围为:50 kHz～30 MHz，信号发生器的幅度稳定度为:0.1 dB，步进频率:50 kHz。详见图1。

图1 梳状信号发生器CGC-255

2.3 EMI接收机有效性核查

接收机的核查通过比较接收机的接收信号与信号源发出信号的差值来进行。

本次检测采用型号为ESR 7 的EMI 接收机，信号发生器型号为SML03，核查测试布局详见图2。

图2 接收机幅度和频率响应核查布局

用信号发生器作为样品EUT 测试时，应注意AMN 与公共电源端处于断开状态，以免烧坏CGC-255。

连接电缆采用骚扰电压测试电缆CL1，这样也同时核查了CL1 的状态。

通过测试电缆接收此信号，同时记录接收信号的频率和幅值，接收信号幅值详见图3。

由图3可知，接收机的输入和输出响应正常，接收信号幅值与信号发生器输出信号的差为-0.49～+0.41 dB，偏差是可以接受的。接收信号频率与信号源发出的频率基本相同，无太大偏差，即在骚扰电压的测试频率（0.15～30 MHz）内，接收机和测试电缆工作状态正常。

2.4 骚扰电压质量监控实测

AMN 的表征参数阻抗和相角须用矢量或标量网络分析仪进行测试，绝大部分的检测实验室并不具备，本文建议用比对的方法来确认AMN 的有效性。

在AMN 计量后，用标准的信号发生器作为EUT，测试其电源线L 和N 骚扰电压数据作为参考值，之后AMN 核查和质量监控均以此值作为基准参考。同步记录测试设备布局，在进行设备核查时，严格采用相同的测试设备和布局进行测试。

本文骚扰电压测试基准及质量监控测试均采用的型号 ESH2-Z5 的 AMN，EUT 采用 CGC-255，骚扰电压实测布局详见图4，为了反映不同测试工程师测试带来的误差，两次实验由两位工程师分别完成。

图3 EMI 接收机幅度核查结果

图4 骚扰电压实测布局

通过测得L 线、N 线骚扰电压的频率响应与参考值进行比较，可获知AMN 的状态，并获得本次内部质量监控测试的结果，本次骚扰电压L 线的测试值与参考基准值的比较结果详见图5。

由图5可知，本次核查测得L 线骚扰电压值与基准值的误差在±0.5 dB 的范围内。

图5 骚扰电压质控核查值与参考值比较

3 骚扰电压测试不确定度分析

3.1 骚扰电压不确定度的主要影响量

造成骚扰电压测试不确定度的主要影响量可表示如下式（1）:

其中，Vr—接收机的读数误差；Lc—人工电源网络和接收机间连接网络的衰减；Lamn—人工电源网络电压分压系数；δVsw—接收机正弦波电压精确度；δVpa—接收机脉冲幅度响应；δVpr—接收机脉冲响应随重复频率的变化；δVnf—接收机本底噪声；δM—人工电源网络的接收机端口与接收机之间的失配；δZ—人工电源网络的阻抗。

3.2 各个影响量带来的不确定度

3.2.1 接收机的读数误差Vr

接收机的读数误差，是由随机效应引起，通常以独立观测列的算术平均值为测量结果，其标准不确定度U(Vr)为:

5 MHz 时，将信号源电平设为-30 dBμV，接收机5 次测量，可得测量值及读数不确定度评定为频段 u(Vr)=±0.36 dB。

3.2.2 人工电源网络和接收机间连接网络的衰减Lc

本测试系统人工电源网络和接收机间连接网络为电缆，其不确定度由校正报告给出，Lc=±0.1 dB。

3.2.3 人工电源网络电压分压系数Lamn

其不确定度由计量校正报告给出，为Lamn=±0.2dB，k 值为 2。

3.2.4 接收机正弦波电压精确度δVsw、脉冲幅度响应δVpa、脉冲重复频率响应δVpr

其不确定度由接收机的计量校正报告给出，分别为:正弦波电压不确定度为 δVsw=±1.0 dB，k 值为2；脉冲幅度响应的不确定度为 δVpa=±1.2 dB，k 值为接收机脉冲响应随重复频率的变化的不确定度为

3.2.5 接收机的本底噪声δVnf

由于接收机的噪声远远低于骚扰电压的允许极限值，噪声本底对接近极限值的测量结果的影响可以忽略不计。

3.2.6 人工电源网络的接收机端口与接收机之间的失配δM

3.2.7 人工电源网络的阻抗δZ

人工电源网络的阻抗不理想引入的不确定度可由人工电源网络的计量报告给出，150 kHz～30 MHz为 δZ=+1.86/-1.28 dB。

3.3 电源端骚扰电压的不确定度

上述的这些不确定影响量均不相关，因而相关系数ci=1，测量时各个不确定度影响因素详见表2。

表2 150 kHz～30 MHz 骚扰电压的不确定度

由公式（1）及表2计算出电源端骚扰电压测试的合成不确定为1.5 dB 和扩展不确定度U=3.0 dB，置信概率为95%。

4 骚扰电压检测的能力统计量En

本文在测试方法和测试仪器设备相同的情况下，以梳状信号发生器为标准的被测设备及人工电源网络计量后首次测得的电源端骚扰电压值为参考值，通过交换操作者的方式估计不同工程师测试操作引起的系统误差，真实反映了实际测试工作的情况。

根据CNAS 导则，检测结果质量用能力统计量En值来表征，如下式（4）所示:

其中，v—本次骚扰电压测量结果；V—骚扰电压参考值；U1—本次骚扰电压测量扩展不确定度；Uref—骚扰电压测量参考扩展不确定度，置信概率95%。

由于测量同一EUT，两次测量的不确定度基本相同，即:U1=Uref=U=3.0 dB。选取两次测试相同频率点，骚扰电压检测结果差距最大数据用以估算能力统计量 En，由式（5）知:

根据En的性能判据，若|En|≤1，则结果满意，或者实验室检测结果符合所声明的测量不确定度；若|En|＞1，则结果不满意，或者实验室检测结果不符合所声明的测量不确定度。测试结果符合置信概率为95%，即本次核查骚扰电压检测结果是满意的。

5 结语

本文在以梳状信号发生器为标准的EUT 及人工电源网络计量后首次测得的骚扰电压值为参考值，在考虑骚扰电压测试不确定度影响的基础上，分析了表征骚扰电压检测质量的能力统计量En，以证实实验室骚扰测试结果的满意度位于置信区间，达到了质量监控的目的。