短时周期性工作的机动车零部件的传导发射检测方法*

/ 上海市计量测试技术研究院

0 引言

在众多的机动车零部件产品中存在很多工作时间很短，具有周期性特点的产品，例如电动门折叠开关、喇叭、水泵电机、胎压传感器等。这些特点决定了其对外发射状态的不稳定性。针对这些产品进行电磁兼容检测时，很难保证试验时产品处于正常工作状态，尤其是针对其对外传导发射的试验项目[1][2]。对外发射主要包括传导发射和辐射发射，如果采用步进扫描（SCAN）方法，需要按照GB 6113.201-2017的规定，进行频谱特性的分析来确定扫描驻留时间和扫描次数，通过保留最大值的方法进行多次扫描，以保证频谱包络中没有明显的包络信号被遗漏[3]。这种方法虽然能在很大程度上保证测试的准确性、科学性，但是测试时间很长，成本较高。由于产品内电子元器件的热效应等因素的影响，电路的阻抗会随时间发生变化，对外发射状态也可能因长时间工作而发生变化，可能无法实现设计目标在典型工作状态下进行检测的目标。这些问题给检测评价带来了很大的困扰。多数周期性工作的产品都涉及开关电源，理论上讲，开关电源模块启动和关停时间都在微秒或纳秒级别，会产生较高的du/dt和di/dt，这是产生传导发射和辐射发射的源头[4]。而且开关电源模块还会通过周围电路串扰耦合产生共模和差模辐射。如何能在产品的周期性工作中检测到产品的最严格的发射状态成为一项重要的工作。

GB 6113.201-2017中给出了关于脉冲信号的间隔和脉冲重复频率的确定以及扫频速率或驻留时间选择的方法，也增加了基于FFT测量设备的骚扰测量方法。FFT将时域或频域信号进行分段扫描，利用其周期性和对称性,可以显著减小计算量的优点，使得FFT在信号处理技术领域获得了广泛应用，结合高速硬件就能实现对信号的实时处理，对信号处理方法的发展起了重要的作用。

本文针对典型的短时周期性工作的机动车零部件产品进行检测，通过对步进扫描和FFT两种方法进行比较，说明短时周期性工作的机动车零部件产品传导发射的检测方法。

1 试验

1.1 试验布置

图1所示为GB 18655-2010规定的远端接地传导发射检测布置示意图，研究中采用上述布置[5]。被检测产品的工作周期为（1.0±0.1）s，典型工作状态持续时间为（500±50）ms。

图1 试验布置示意图

1.2 测量方法

1.2.1 步进扫频

根据GB 6113.201-2017的要求，为了防止遗漏骚扰信号，试验中可采用单次扫描和“最大值保持”状态下的多次扫描。单次扫描即步进式EMI接收机采用预定的步长逐点扫描，步长通常为不大于0.5倍分辨力带宽。当整个频率使用离散步进时，为了保证仪器准确测量输入信号，需确定每个频率点的最小驻留时间。单点驻留时间要足够大，大于间歇骚扰信号的间隔时间。每个频率点的观察时间都应足够长，以捕捉间歇信号的最大值。“最大值保持”状态下的多次扫描需要对单次扫描测量时间应大于信号间隔，观察时间内的重复扫频的次数应尽可能多，以提高捕捉到最大信号的概率。

对于单纯的宽带发射，通过峰值的多次快速扫描找到频谱包络即可。而对于窄带发射则需要检索窄带信号对外发射的最大值。如果发射类型未知，或者可能包含连续信号和断续信号，用尽可能短的扫描时间进行重复扫描，以测定频谱的包络。通常来说短时间的三次扫描足以测量频谱中连续的窄带信号。而对于连续的宽带和间歇性的窄带信号，则需要在“最大值保持”功能下用不同的扫频速率重复扫描确定频谱包络。对于低重复的脉冲信号，应进行重复扫描宽带分量的频谱包络。为减少测量时间，可采用示波器接到接收机中频或视频输出端采集被测信号的时域分析。

对于短时周期性工作的产品而言，对外传导发射可能同时具备连续骚扰信号和间歇骚扰信号。按照GB 18655-2010要求的接收机测量参数进行检测，接收机扫描参数如表1所示。其中检测限值根据产品的发射特性，对于关注频段采用宽窄带区分的方法。

表1 测量接收机扫描参数

1.2.2 FFT方法

基于FFT的测量仪器组合了多频点并行计算和步进扫频的方法，把涉及的频率范围分成循序扫频的N个频率段，利用其周期性和对称性，进行快速测量。EMI接收机参数如表2所示。

表2 EMI测量接收机扫描参数

2 测试结果和分析

图2所示为采用“最大值保持”模式下的步进扫描结果，其中图 2（A）（B）（C）（D）分别为经过 1、2、4、8次扫描测试的结果。图2（A）中的频谱包络包含宽带骚扰和窄带骚扰，窄带骚扰还包含连续和间歇骚扰。从以上测试结果可知，单次测量不能将样品工作状态的传导发射情况完全反映出来，需要通过多次扫描不断完善。

图3（A）所示为延长单点驻留时间为2 s时的测试结果，图3（B）为采用FFT方法进行4次连续扫描的测试结果。通过对比，发现步进扫描8次的结果，单点驻留时间为2 s的试验结果与FFT扫描的结果基本一致，均可以将产品的传导发射的主要频谱包络检测出来。

短时周期性工作的机动车零部件产品基本上都涉及开关电源，具有高的du/dt和di/dt，这是主要的辐射源[6][7]。因此被测产品传导发射的检测波形中出现近似于方波的窄带骚扰成分，而且会随着频率的升高，谐波逐渐减弱，如图2（A）中所示[8]。因此步进扫描和FFT方法，均可以防止试验中被测产品骚扰频点的遗漏。按照GB 18655-2010和GB 6113.201-2017关于扫描接收机参数的规定，单次测量大约用时3 min，单点驻留2 s条件下的单次扫描时间大约用时50 min，而FFT扫描模式仅需不到10 s，显著提高了测试效率。

图2 采用步进扫描方式的测试结果

图3 步进扫描单点驻留2 s测试结果和FFT扫描的测试结果

3 结语

通过对比步进扫描方法和FFT方法对于短时周期性工作的机动车零部件产品的测量结果，针对短时周期性工作的机动车零部件产品的传导骚扰检测可以采用以下三种方法。

1）延长单点驻留时间的步进扫描方法的优点是测量准确，缺点是时间成本较高。此外，随着产品工作时间的延长，由于热效应引起的内部阻抗发生变化会导致产品的传导发射状态发生变化。这种条件下，不能保证产品在典型的工作状态下进行测试。

2）步进扫描多次测量的方法，优点是测试时间较延长单点驻留时间的方法短，缺点是不能满足工作间隔时间较长的产品的测试。

3）FFT方法可以克服以上两种方法的缺点，可以实现快速、准确的检测，尤其是工作间隔较长的产品。

GB 6113.201-2017增加了基于FFT测量设备的骚扰测量方法，国际主流测量方法目前不使用FFT方法。但是FFT作为一种高效的测量方法，在短时周期性工作的机动车零部件产品检测中具有很大的优势。虽然实际检测业务中使用FFT方法需要得到授权，但是在产品研发整改过程中可以作为非正式的检测方法以提高工作效率，尤其是对于短时周期性工作而又不能实现长时间运转的产品。