cISPR25中传导发射（电压法）测试线束的影响

郑萌，邵华东，李百丰，方毅杰，张嘉华

（威凯检测技术有限公司, 广州 510663）

引言

从地球表面到人造卫星活动的近千米空间内处处存在着电磁波，电和磁无时无刻不在影响着人们的生活及生产，电磁能的广泛应用，使工业技术的发展日新月异。

电磁兼容性（EMc）是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMc包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。

电磁干扰的传播途径可分为两种：传导干扰和辐射干扰。沿着导体传播的干扰称为传导干扰，其传播方式有电耦合、磁耦合和电磁耦合。通过空间以电磁波形式传播的电磁干扰称为辐射干扰，其传播方式有近区场感应耦合和远区场辐射耦台。此外，传导干扰与辐射干扰还可能同时存在，从而形成复合干扰。

一般来说，EMc就是很多种电气和电子设备在同一个复杂的电磁环境中共存，按照一定的限值来满足产品所要达到的标准要求的一种工作能力，实现“兼容”的状态[1]。

1 传导发射测试

传导发射测试，只要有电源线的产品都会涉及到，信号/控制线也有传导发射的要求。主要的测试设备有测量接收机，人工电源网络，电压探头。接收机是电磁兼容性测试中应用最广、最进本的测量仪器。人工电源网络可以隔离电源干扰，提供稳定的测试阻抗，并起到滤波的作用。如果被测设备电流较大，没有合适的人工电源网络可以用，也可直接用电压探头来测量电源端的骚扰电压。

传导发射测试被测设备工作时通过电源线、信号线向外发射的干扰信号，测试这些能量是否超过标准要求的界限值，从而保证其他设备免受干扰。cISPR25中分为class1～class5一共5个等级，其中class5的要求最严格，一般汽车行业会选择class3到class5。按照接收机测试得到的频谱是否低于标准要求的限值，来判断测试是否通过。cISPR25规定了峰值、准峰值、平均值限值，按照标准要求，峰值和平均值低于限值，或者准峰值+平均值低于限值即可判定通过。由于准峰值的测试时间长，一般按照峰值和平均值检波器来测试。

图1中人工电源网络由电感、电容组成滤波器，防止射频干扰信号从供电电源传导到被测设备，同时，也防止被测设备的干扰信号进入供电电源，从而起到隔离作用。并且仅将被测设备的干扰电压耦合到测量接收机的输入端。当端接EMI接收机时，仪器内部标准阻抗为50 Ω，50 Ω电阻上的电压为传导发射电压[2]。

2 标准中的测试方法

标准cISPR25:2016规定了汽车零部件传导发射-电压法测试远端接地和近端接地布置。被测件远端接地，指车辆电源回线大于200 mm，每一条线（电源正极线和电源回线）都应相对于参考接地平面进行电压测量，如图2所示；近端接地，指车辆电源回线小于或等于200 mm，电源正极线应相对于参考接地平面进行电压测量。被测件放置在非导电、低相对介电常数（εr≤ 1.4）材料上，距参考接地平面上方50±5 mm的位置。人工网络连接器与被测件连接器之间的电源线长度应为为20～40 cm；对于12 V电气系统，直流供电电源电压为12～14 V；对于24 V电气系统，直流供电电源电压为24～28 V。电源线传导发射测量通过连接测量设备和相应的人工网络测量端口依次对电源正极线和电源回线进行测量，未被测量电源线对应的人工网络的测量端口端接50 Ω负载。

图2 传导发射测试-电压法-远端接地-布置示意图

3 线束的衰减测试

线束传输电磁能量，发生衰减必不可免。我们选取的线束原材料包含内导体（多股细铜线）、外包的绝缘材料（PVc）。导体衰减所占的比例远大于绝缘材质所占的比例。由于趋肤效应，电信号主要集中在导体的外表面传播，若导体出现氧化，线束的衰减也会增加。由于线束本身的结构及特性阻抗不均匀性，电压驻波比也必然存在，传输于线束中的能量，一部分被反射，返回到发射端，造成传输信号的能量损失。

标准cISPR25:2016及GB/T 18655-2018描述的是采用的电源线长度为200～400 mm。电源线在低频下呈电阻特性，高频下呈感性及阻性，正负极之间呈容性。分析电源的阻抗及插入损耗特性，测试线束的高频等效模型如图3所示。

图3 线束高频等效模型

通过分布参数分析为：L1为正极线束的等效电感，RS1为正极线束的等效电阻，L2为负极线束的等效电感，RS2为负极线束的等效电阻，cp为正负线束之间的等效电容。感抗XL=2πfL，频率越高，感抗越大。容抗Xc=1/(2πfc)，频率越高，电容的阻碍作用越小。电阻R=ρl/S，随着线束长度增加，电阻增大。

我们选取三种不同长度的线束，20 cm、30 cm、40 cm，使用网络分析仪进行线束的衰减测试，布置如图4，分别测试线束插入损耗。测试频率范围为10 kHz～108 MHz，得出的结果如图5和表1所示。

图4 测试线束插入损耗

从图5和表1中数据分析，在10 MHz以内，20 cm、30 cm、40 cm线束的插入损耗基本一致，10 MHz以上，差异逐步变大，在108 MHz，20 cm与40 cm的插入损耗差异达到3.51 dB。

表1 插入损耗(dB)

图5 不同长度线束插入损耗

4 梳状信号发生器

采用梳状信号发生器，能作为每次测试前的快速校验，从而发现测试系统中存在的问题，确保每次测试结果是正确的和可信的。梳状信号发生器作为稳定、即插即用的参考源，可以快速有效地验证测试系统，保证测量结果的可重复性。梳状信号发生器为模拟发生器，利用阶跃恢复二极管的非线性电抗特性或者双极性晶体管的非线性电阻特性，实现一定周期的脉冲信号输出[3]。

我们使用梳状信号发生器，进行20、30、40 cm不线束进行测试，表3为主要频点测试结果。通过结果分析，不同长度的线束，插入损耗有差异，等效阻抗不同，样品实际测试结果也会偏差。

表3 不同长度线束测试结果

6 结束语

文中分析和研究了不同长度测试线束条件下，传导发射-电压法的测试，并在实验室中继续了测试与验证，发现结果差异确实存在，这也增加了传导发射-电压法同长度线束的PK值测试，主要频点结果如表2所示。20 cm的结果PK值随着频率的逐步减小，30 cm的结果PK值在98 MHz附近有一个拐点，40 cm的结果PK值在83 MHz附件有一个拐点。出现拐点的主要原因是线束长度引起的等效阻抗不同，导致测试结果不同。

表2 测试PK值 ( dBuV )

5 车灯的电压法测试

车灯作为车辆典型电气电子设备，既是车辆夜间行驶在道路照明的工具，也是发出各种车辆行驶信号的提示工具。随着LED成为车灯的光源，车灯的功能变得越来越丰富，电子驱动及控制电路也越来越复杂，LED车灯的驱动及控制部分都会造成电磁兼容问题。汽车灯具的驱动的控制部分一般有以下几种类型：电阻限流驱动、线性恒流驱动、开关电源恒流驱动、电机控制模块以及一些包含微处理器的控制器。其中控制包含有源器件，如运放、集成芯片，一般需要测试传导发射、辐射发射、传导抗干扰、辐射抗干扰、静电放电抗干扰等测试[4]。

为了验证具体样品的线束长度的影响，使用一款LED车灯样品进行验证，分别使用20、30、40 cm长度测试的不确定度。cISPR25标准对于线束长度给出了范围值，当不同长度线束测试结果差异较大时，如何进行判定，是需要继续研究探讨的问题。