大电流注入法校准夹具的研究

于湛，丁环，贡恩忠，黄武，邵志敏

大电流注入法校准夹具的研究

于湛，丁环，贡恩忠，黄武，邵志敏

（深圳职业技术学院 汽车与交通学院，广东 深圳 518055）

随着汽车电子化程度的提高，人们对其电子部件工作的可靠性关注也越来越高．大电流注入法作为主要的电磁兼容测试方法，普遍的应用于各类汽车电子部件可靠性验证中．本文从大电流注入法原理入手，分析校准夹具原理，验证校准夹具尺寸对校准的影响．为工程师设计验证提供可靠参考．

电磁兼容；BCI；校准夹具

1 引 言

近几年随着汽车向电动化、智能化和网联化方向发展，汽车有限的空间内集成了越来越多的电子设备[1]，这些电子设备也带来越来越多的电磁兼容问题．为了应对电磁兼容问题，电子零部件在装上整车前必须进行电磁兼容测试．大电流注入法作为辐射抗扰方法，因其成本低，不侵入被测设备的特点，成为电子部件验证的必选方法．因此，为保证实验质量，实验前的电流钳校准变得尤为重要．然而部分电磁兼容实验室因使用的电流钳较多，校准夹具较多，工程师往往只关注到校准夹具的工作频段，忽略了校准夹具的适配性．因此本文从大电流测试方法入手，分析其校准原理和影响因素，为汽车及零部件实验提供参考．

2 大电流注入测试

为了保证电子的电磁可靠性，产品被要求进行愈来愈多的电磁抗扰项目测试．其中大电流注入法，拥有因其成本低，易于实现，不直接侵入被测设备特点，广泛地应用于汽车、飞机、航空、计算机等设备测试，逐渐成为电子设备的必测项目[2]．目前国家标准GB/T 33014.4-2016，详细规定了道路车辆电气/电子部件的大电流注入测试方法．

总体说来，大电流测试法是将电流钳布置到与被测设备连接线路上，使与被测设备连接的电源线、负载线穿过电流钳中心．信号源向电流钳注入目标强度的能量，产生一定的电磁场并以耦合的方式，在连接线束上感应出骚扰电流．标准规定注入钳需布置在线束上的三个不同位置，观察被测设备在规定骚扰强度下的功能状态，判断其是否满足设计的电磁兼容性能．该方法主要包括替代法和闭环法．闭环法是在替代法的基础上，加入实时监控电流钳，监测被测线束中耦合的射频电流．再通过其与目标电流值比较，调整输入的注入钳的功率[3,4]．无论是替代法还是闭环法，在实验之前都需校准目标电流值．因此实验前的准确校准电流至关重要．

3 校准夹具的应用

大电流注入法的校准和测试原理一样，校准时将电流注入钳放入特性阻抗为50Ω校准夹具中．当注入电流钳产生交变磁场时，内导体中的磁通量会发生改变，内导体上将感应出交流电流．校准时调节注入电流钳的功率，通过测量设备记录感应出电流，同时记录达到设定电流值所需的功率．因此校准夹具的性能，对校准的电流起着至关重要影响．

国家标准GB/T33014.4-2016大电流注入法附录A中，规定了校准夹具的外形结构，如图1所示．校准夹具由内导体和外导体两部分组成．外导体由支撑底板、左右竖板、和上盖板构成，内导体穿过注入探头的耦合窗口中心，与左右两个竖版相连．夹具左右两端与N接头相连．标准中未给出校准夹具具体尺寸要求，仅要求夹具尺寸需与使用的注入电流钳尺寸想匹配．当电流钳放入校准夹具中时，夹具内导体与电流钳同心，共同构成了同轴传输线模型．

3.1 同轴传输线理论

3.2 电流钳和校准夹具参数模型

根据磁耦合原理，参考变压器电路模型，建立注入电流钳和校准夹具电路模型，如图2所示．注入电流钳相当于一次侧线圈，校准夹具内导体相当于二次侧接收线圈．

一次侧等效电路图中，U1为射频信号源，R1为信号源特性阻抗50Ω，L1为电流钳线圈的自感，La为电流钳线圈的漏感，R2为电流钳线圈内阻，M1为电流钳线圈和夹具内导体之间的互感．二次侧等效电路图中L2为夹具内导体的自感，R3为内导体电阻，C1为内导体与电流钳之间的分布电容，C2为内导体与外导体的分布电容，R4为终端50Ω负载，R5为测量设备50Ω特性阻抗．

注：1. 绝缘衬垫，2. 盖板，3. 注入电流钳，4. N型连接头（与50Ω测量设备连接），5. N型连接头（与50Ω负载连接）

图2 电流钳和校准夹具等效电路

4 实验结果分析

为了说明校准夹具对校准实验的影响，使用F-130A注入电流钳，其耦合内径40mm，选择在FCC和solar的CF-1，9125-1等不同型号校准夹具中，进行传输性能实验．实验搭建由矢量网络分析仪、校准夹具、注入电流钳和匹配负载组成．其中矢量网络分析仪作为激励源，其输出端连接校准夹具左侧端口，夹具另一端口连接50Ω匹配负载，注入钳子端接50Ω匹配负载．实验布置示意如图3所示．

图4为不同间隙在校准夹具带载条件下，1-400 MHz频段范围内传输性能驻波比．图4中3条曲线分别为间距30mm，5mm，10mm校准夹具传输性能．图5为不同直径内导体校准夹具带载条件下，1-400 MHz频段范围的传输性能驻波比．图中曲线1内导体直径为16mm，曲线2直径19mm．

根据图4的可知，曲线2为间距5mm校准夹具驻波参数，与其它曲线相比最低．当校准夹具间隙的增大时，低频段内校准系统的驻波比会增加．根据图5的结果可知，曲线1为同轴传输系统匹配的校准夹具驻波参数，与直接19mm内导体直接校准夹具相比，驻波比较低传输性能更优．当校准夹具与注入电流钳耦合直径不匹配时，校准系统中的传输性能驻波比会增加，出现失配现象，进而增加注入的功率．

图3 实验搭建示意图

图4 校准夹具带载不同间隙驻波比

图5 校准夹具带载不同内导体直径驻波比

5 小结和发展趋势

随着电子信息化时代的到来，电子技术的快速发展，电子设备也带来越来越多的电磁兼容问题，大电流注入法也被广泛地应用．其校准夹具的传输有效性能会影响系统注入的骚扰功率，进而影响抗扰度实验准确性．因此工程师和实验人员在进行校准实验时，需要关注校准夹具的内导体和外导体尺寸，选择与电流钳相匹配的校准夹具，而不能仅片面的考虑校准夹具的使用频段覆盖和可放入注入电流钳情况．

[1] 李炜．关于汽车电磁兼容性的研究[J]．科技创新导报，2009（02）：94+96．

[2] 钱文文，谭建蓉，李彪，等．大电流注入（BCI）测试方法研究[J]．自动化与仪器仪表，2015（05）：159-161．

[3] 岳木林．汽车电子BCI测试方法比较分析[J]．电子质量，2016（06）：24-26．

[4] 岳木林．汽车电子BCI法与空间辐射法等效性研究[J]．环境技术，2016，34（03）：9-12．

[5] 米进财，余海涛，陈辉，等．PID算法在BCI系统校准中的应用及仿真验证[J]．安全与电磁兼容，2015（04）：67-69+89．

[6] 朱杭．车载CD机的电磁抗扰度仿真及优化[D]．重庆理工大学，2018．

An Analysis of Calibration Fixture of Bulk Current Injection

YU Zhan, DING Huan, GONG Enzhong, HUANG Wu, SHAO Zhimin

（）

With the improvement of automobile electronization, people pay more and more attention to the reliability of its electronic components. As the main EMC test method, high current injection method is widely used in the reliability verification of various automotive electronic components. This paper starts with the principle of high current injection method, analyzes the principle of calibration fixture, and verifies the influence of calibration fixture size on calibration. It can provide reliable reference for design verification.

electronic magnetic compatibility; BCI; calibration fixture

G420

A

1672-0318（2022）01-0012-03

10.13899/j.cnki.szptxb.2022.01.003

2021-06-15

于湛，男，河北人，博士，讲师，主要研究方向：汽车电子产品检测．

（责任编辑：罗欢）