書名: 開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計、測試和典型案例作者名: 錢振宇 史建華編著本章字?jǐn)?shù): 2246字更新時間: 2019-01-09 15:56:50
2.3 用吸收鉗法測量輻射功率發(fā)射(頻率范圍為 30~300MHz)
2.3.1 試驗方法的提出
用吸收鉗法測量被試設(shè)備輻射發(fā)射的方法主要見諸于對家用電器和電動工具的輻射發(fā)射的測量(GB4343.1標(biāo)準(zhǔn))。
我們注意到這樣一個事實:當(dāng)人們在做被試設(shè)備的傳導(dǎo)騷擾測量時,當(dāng)測量頻率升高到30MHz以上時,由于傳輸頻率的波長變短,這時在人工電源網(wǎng)絡(luò)與被測設(shè)備之間的這段電源傳輸線路的長度已經(jīng)可以和電磁騷擾的波長相比了,因此這一段電源傳輸線就30MHz以上頻率來說就不能看成是簡單的傳輸線路了,在相當(dāng)程度上要把它視為輻射天線,高頻的電磁騷擾要沿著電源傳輸線路向外輻射。因此,對于30MHz以上的頻率,無法用端子電壓測試的辦法來測試其電磁騷擾的發(fā)射。所以在標(biāo)準(zhǔn)中將測試頻率以30MHz為界,30MHz以上進行輻射測試,30MHz以下進行傳導(dǎo)測試。
同時,我們還注意到家用電器和電動工具這類設(shè)備本身的體積比較小巧(相對于工科醫(yī)設(shè)備和信息技術(shù)設(shè)備來說),因此在家用電器和電動工具的電磁兼容測試標(biāo)準(zhǔn)中就認為設(shè)備通過其表面的向外輻射尚不及沿著靠近設(shè)備的那部分電源線的向外輻射。基于這一假定,在GB4343.1標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)計了一套利用吸收鉗來測量試品沿電源線向外的輻射方法。
用吸收鉗法測量試品輻射騷擾方法的主要優(yōu)點是:①測試方法簡便易行,配置儀器的價格相對較低(與天線法比較);②獲得的數(shù)據(jù)有很好的重復(fù)性和可比性。
這里介紹用吸收鉗法測量輻射騷擾方法,主要是考慮到開關(guān)電源作為配套部件或配套設(shè)備,本身的體積也不很大,符合用吸收鉗法測量其輻射騷擾的前提。尤其可取的是,這種方法簡便易行,試驗的重復(fù)性和可比性也好,特別適合開關(guān)電源生產(chǎn)企業(yè)作為產(chǎn)品性能摸底時使用。
2.3.2 功率吸收鉗
功率吸收鉗的結(jié)構(gòu)如圖2.15所示。它由三部分組成:C是寬帶電流探頭,包括鐵氧體環(huán)和探測線圈;D是鐵氧體環(huán)組,用于隔離試品和電網(wǎng),及吸收電源線上的射頻輻射;E也是鐵氧體環(huán)組,用于抑制電源線和測量線之間的耦合。

圖2.15 功率吸收鉗及其結(jié)構(gòu)簡圖
吸收鉗的性能符合下列要求:
(1)吸收鉗對試品呈現(xiàn)的阻抗為100~200Ω,電抗分量小于20%;
(2)吸收鉗的輸出阻抗為50Ω;
(3)工作頻率能覆蓋30~300MHz;
(4)插入損耗為17dB;
(5)吸收鉗對來自電網(wǎng)的騷擾能提供足夠的衰減;
(6)試品的工作電流通過時,吸收鉗不應(yīng)產(chǎn)生磁路飽和。
2.3.3 測量線路和說明
采用吸收鉗法測量被試設(shè)備輻射發(fā)射的測量線路如圖2.16所示。試驗在屏蔽室進行。
在圖2.16中,試品置于絕緣試驗臺上,試驗臺離導(dǎo)電地面的高度不小于0.4m,離墻面距離不小于0.4m。臺上有絕緣導(dǎo)軌。試品電源線要拉直,水平敷設(shè)在絕緣面上。吸收鉗要包住試品的電源線,并使吸收鉗的度流互感器朝對試品方向,緊挨試品。由于電磁波在導(dǎo)線上以駐波形式出現(xiàn),所以功率吸收鉗應(yīng)沿著電源線慢慢移動,以便尋找最大點。為抑制電網(wǎng)中騷擾的入侵,避免影響測試結(jié)果,通常還要求在電網(wǎng)一側(cè)加一個由鐵氧體環(huán)組成的輔助吸收鉗(有時也稱為鐵氧體濾波器)。

圖2.16 用吸收鉗法測量試品的輻射騷擾
根據(jù)輻射理論,當(dāng)電源線長度達到輻射頻率波長的一半時,就可能出現(xiàn)最大輻射情況。對于30~300MHz的測試頻率范圍,相應(yīng)的波長應(yīng)為1~10m。因此,電源線的長度至少應(yīng)有5m。考慮到吸收鉗的長度,以及輔助吸收鉗的長度,電源線更應(yīng)該增至7m左右。根據(jù)這一思路,做吸收鉗法測試試品輻射的試驗室應(yīng)當(dāng)一間狹長的屏蔽室,其長度要達到9~10m(因電源線前端要留出試品位置;電源線后端要考慮電源插頭;按標(biāo)準(zhǔn)要求,在電源線的兩側(cè)還要留出0.4m以上的空間)。
試驗時,先接通電源,然后在每個測試頻點上移動吸收鉗的位置,使測量接收機的指示為最大。這樣測得的試品騷擾輻射功率為
PO=V+α
式中,PO為試品產(chǎn)生的輻射騷擾功率,單位為dBpW;
V為測得的騷擾電壓,單位為dBμV;
α為吸收鉗的校正系數(shù),單位為dB
為了讓讀者借用吸收鉗法測量開關(guān)電源的輻射發(fā)射時能有一個數(shù)量概念,這里引用一套家用電器和電動工具的干擾功率允許值(見GB4343—1995《家用和類似用途電器、電熱器具、電動工具以及類似電器無線電干擾特性測量方法和允許值》)供參考,見表2.2。
表2.2 輻射發(fā)射干擾功率允許值的參考數(shù)據(jù)(測量頻率:30~300MHz)

2.3.4 對用吸收鉗法測試輻射騷擾發(fā)射的點評
(1)從前面的介紹可以了解,在不同頻率點上的測量接收機最大讀數(shù)與吸收鉗的擺放位置有關(guān),出現(xiàn)在頻率點的1/2波長處。目前標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大測試頻率為300MHz,對應(yīng)的波長為1m,因此吸收鉗置于離試品0.5m遠處,可望找到一個最大發(fā)射點。如果把測試頻率的上限擴展到1000MHz,則對應(yīng)于400MHz、500MHz、600MHz、700MHz、800MHz、900MHz和1000MHz的波長分別是0.75m、0.6m、0.5m、0.428m、0.375m、0.333m和0.3m,這些頻率點的1/2波長是0.375m、0.3m、0.25m、0.214m、0.187m、0.166m和0.15m。可見,隨著頻率的升高,吸收鉗擺放的位置將越來越靠近,分辨最大值和一般值將變得越來越困難,所以使用受到了限制。從這個角度看,把上限頻率定在300MHz是適當(dāng)?shù)摹?/p>
(2)盡管吸收鉗法的最大優(yōu)點(與己經(jīng)講過的輻射騷擾的場強測量法相比)是簡單、占用設(shè)備少,而且重復(fù)性和可比性也較好。但采用此種方法有一個前提:試品體積要小,有個假定:通過靠近試品的這段電源線輻射是試品對外輻射的主要部分。因此這個試驗方法與輻射騷擾的場強測試方法是不同的兩個方法,兩者很難統(tǒng)一,也很難得出一個比例因子。所以用吸收鉗法測試輻射騷擾的發(fā)射功率和用場強測量法測試輻射發(fā)射是適用于不同測試標(biāo)準(zhǔn)的,相互不能替代。
之所以在這里介紹這一測量方法,主要是看重它簡單、價廉、有比較好的重復(fù)性和可比性。我們也可以相信,用吸收鉗法測得輻射功率大的開關(guān)電源產(chǎn)品,在用天線法測量時測到的輻射場強必然也是大的,只是這個比例因子不太好找而已。所以用吸收鉗法做開關(guān)電源的輻射發(fā)射摸底試驗還是很合適的。
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