- 開關電源的電磁兼容性設計、測試和典型案例
- 錢振宇 史建華編著
- 9510字
- 2019-01-09 15:56:52
4.3 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗
電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗的國家標準在國內也出過兩個版本,為GB/T17626.4—1998和GB/T17626.4—2008,分別等同于國際標準IEC61000—4—4:1995和IEC61000-4-4:2004。同樣考慮到國內多數產品的相關標準尚未修訂,所以這兩個標準的應用目前在國內是并存的。由于這兩個標準沒有根本性的不同,所以在標準介紹中,以GB/T 17626.4—1998為主,后面將說明GB/T17626.4-2008與它的差異。
4.3.1 電快速瞬變脈沖群的產生和對設備可靠性的影響
電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗標準模擬電網中眾多機械開關對電感性負載切換時所引起的干擾,從而完成對電氣和電子設備在抗擊電快速瞬變脈沖群性能方面的考核。
實踐表明,電路中機械開關對電感性負載的切換,經常會對同一電路中的其他電氣和電子設備產生干擾。經研究,這種干擾的特點是:脈沖成群出現,脈沖重復頻率較高,脈沖波形的上升時間短暫,但單個脈沖的能量較小,一般不會造成設備故障,但使設備產生誤動作的情況經常可見。
根據國外專家的研究,認為脈沖群干擾之所以會造成設備的誤動作,是因為脈沖群對線路中半導體器件結電容的充電,當結電容上的能量積累到一定程度,便會引起線路(乃至設備)的誤動作。
4.3.2 電快速瞬變脈沖群發生器
電快速瞬變脈沖群發生器的基本線路及其波形如圖4.19所示。

圖4.19 電快速瞬變脈沖群發生器的基本線路及其輸出波形
在圖4.19的左側則給出了電快速瞬變脈沖群發生器的基本線路。其中,儲能電容Cs的大小決定了單個脈沖的能量(標準規定,在阻抗匹配的情況下,在50Ω的匹配負載上,2kV脈沖的能量為4mJ);波形形成電阻Rs與儲能電容的配合,決定了脈沖波的形狀(特別是脈沖的持續時間);阻抗匹配電阻Rm決定了脈沖群發生器的輸出阻抗(標準規定是50Ω);隔直電容Cd則隔離了脈沖群發生器輸出波形中的直流成分,免除了負載對脈沖群發生器工作的影響。
在圖4.19中,右側的放電波形分別給出了單個脈沖波形的前沿及脈寬的定義(見右上圖)、一群脈沖中的重復頻率概念(見右中圖)、以及一群脈沖與另一群脈沖之間的重復周期(見右下圖)。
脈沖群發生器的基本技術指標如下:
(1)脈沖上升時間(指10%~90%):5ns±30%(50Ω匹配時測);
(2)脈沖持續時間(前沿50%至后沿50%):50ns±30%(50Ω匹配時測);
(3)脈沖重復頻率:5kHz或2.5kHz;
(4)脈沖群持續時間:15ms;
(5)脈沖群重復周期:300ms;
(6)發生器開路輸出電壓:0.25~4kVP;
(7)發生器動態輸出阻抗:50Ω±20%;
(8)輸出脈沖的極性:正/負;
(9)發生器與電源的關系:異步。
其中,脈沖群發生器的重復頻率選擇與試驗電壓有關:0~2kV用5kHz;4kV用2.5kHz。
4.3.3 電快速瞬變脈沖群試驗的配置和布局
本節主要介紹電快速瞬變脈沖群試驗的試驗室配置和布局。
試驗配置的正確性將影響到試驗結果的重復性和可比性,因此,正確的試驗配置是保證試驗質量的關鍵。對于電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗的這種高速脈沖試驗,結果尤其如此。
1.電源線耦合/去耦網絡
電源線耦合/去耦網絡的線路如圖4.20所示。
這個網絡提供了在不對稱條件下把試驗電壓施加到受試設備的電源端口的能力。所謂不對稱干擾,是指線(電源線)與大地之間的干擾。作為佐證,圖4.20中可以看到從試驗發生器來的信號電纜芯線通過可供選擇的耦合電容加到相應的電源線(L1、L2、L3、N及PE)上,脈沖群信號電纜的屏蔽層則和耦合/去耦網絡的機殼相連,機殼則接到參考接地端子上。這就表明脈沖群干擾實際上是加在電源線與參考地之間,因此加在電源線上的干擾是共模干擾。
2.電容耦合夾
標準指出,耦合夾能在受試設備各端口的端子、電纜屏蔽層或受試設備的任何其他部分無任何電連接的情況下把快速瞬變脈沖群耦合到受試線路上。

圖4.20 電源線耦合/去耦網絡
電容耦合夾的結構如圖4.21所示。受試線路的電纜放在耦合夾的上下兩塊耦合板之間,耦合夾本身應盡可能地合攏,以提供電纜和耦合夾之間的最大耦合電容。

圖4.21 電容耦合夾
耦合夾的兩端各有一個高壓同軸接頭,用其最靠近受試設備的這一端與發生器通過同軸電纜連接。從圖中可以看出,高壓同軸接頭的芯線與下層耦合板相連,同軸接頭的外殼與耦合夾的底板相通,而耦合夾放在參考接地板上。這一結構表明,高壓脈沖將通過耦合板與受試電纜之間的分布電容進入受試電纜,而受試電纜所接收到的脈沖仍然是相對參考接地板來說的(耦合夾是放在參考接地板上的)。因此,通過耦合夾對受試電纜所施加的干擾仍然是共模性質的。
前面重點討論了電快速瞬變脈沖群干擾是共模干擾。其實明確電快速瞬變脈沖群干擾的性質非常重要:首先,這與試驗方法有關。既然是共模干擾,就一定要與參考接地板關聯在一起,離開了參考接地板,共模干擾將加不到受試設備去;參考接地板的尺寸要足夠大,否則試驗結果可能會不正確。其次,既然電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗是抗共模干擾試驗,這就決定了試驗人員在處理干擾(提高受試設備的抗擾度性能)時,必須采用針對共模干擾的有效措施。
3.其他必須的配置
下面討論參考接地板、儀器及試品三者之間的布局關系。
(1)參考接地板用厚度為0.25mm以上的銅板或鋁板(普通鋁板易氧化,慎用);用其他金屬板材,厚度要大于0.65mm。
接地板尺寸取決于試驗儀器和試品,以及儀器與試品間所規定的接線距離(1m)。參考接地板的各邊至少應比上述組合超出0.1m。
參考接地板應與實驗室的保護地相連。
(2)試驗儀器(包括電快速瞬變脈沖群發生器和耦合/去耦網絡)放在參考接地板上。試驗儀器用盡可能粗短的接地電纜與參考接地板連接,并要求在連接處的阻抗盡可能小。
(3)試品用0.1±0.01m的絕緣座隔開后放在參考接地板上(如果是臺式設備,則應放置在離參考接地板高度為0.8±0.08m的木頭臺子上),試品(或試驗臺子)距參考接地板邊緣的最小尺寸滿足項(1)關于0.1m的規定。試品應接照安裝規范進行布置和連接,以滿足它的功能要求。另外,試品應按照制造商的安裝規范將接地電纜以盡量小的接地阻抗連接到參考接地板上(注意:不允許有額外的接地情況出現)。當試品只有兩根電源進線(單相,一根L,另一根N),而且不設專門接地線時,試品就不能在試驗時再單獨拉一根接地線。同樣,試品如通過三芯電源進線(單相,一根L,一根N,以及一根電氣接地線),而未設專門接地線時,則此試品也不允許另外再設接地線來接地,而且試品的這根電氣接地線還必須經受抗擾度試驗。
(4)試品與試驗儀器之間的相對距離以及電源連線的長度都控制在1m,電源線的離地高度控制在0.1m。如有可能,最好用一個木制支架來擺放電源線(保證電源線離參考接地板的高度,以及電源線之間的相對位置都不發生變化)。
當試品的電源線為不可拆卸,而且長度超過1m時,那么超長部分應當挽成直徑為0.4m的扁平線圈,并行地放置在離參考地上方0.1m處,試品與儀器之間的距離仍控制為1m。
標準還規定,上述電源線不應采用屏蔽線,但電源線的絕緣應良好。
(5)試驗應在試驗室中央進行,除位于試品及試驗儀器下方的參考接地板外,它們與其他所有導電性結構(如屏蔽室里的墻壁和實驗室里的其他有金屬結構的試驗儀器和設備)之間的最小距離為0.5m,如圖4.22所示。
(6)當使用耦合夾做被試系統抗擾度試驗時,耦合夾應放在參考接地板上,耦合夾到接地板邊緣的最小尺寸為0.1m。同樣,除位于耦合夾下方的接地板外,耦合夾與其他導電性結構間的最小距離是0.5m,如圖4.23所示。
如果試驗針對系統中的一臺設備(如試品1)的抗擾度測試,則耦合夾與試品1的距離保持不變,而將與試品2的距離增至5m以上(標準認為長導線足以使線路上的脈沖損耗殆盡)。反之,則接線要求也反過來。

圖4.22 脈沖群試驗的實驗室布局

圖4.23 用耦合夾進行系統抗擾度試驗
4.3.4 實驗室形式試驗
在脈沖群抗擾度試驗的標準提到,脈沖群抗擾度試驗有實驗室形式試驗和現場試驗兩種。標準承認的是實驗室形式試驗。本節講述實驗室形式試驗。
1.試驗方法
對電源線,通過耦合/去耦網絡來施加試驗電壓。
對信號線,控制線通過電容耦合夾來施加試驗電壓。
脈沖群試驗是利用干擾對線路結電容充電,當其能量積累到一定程度,就可能引起線路(乃至系統)出錯。因此線路出錯有個過程,而且有一定偶然性,不能保證間隔多少時間必定出錯,特別是當試驗電壓接近臨界值時。為此,一些產品標準規定電源線上的試驗是在線-地之間進行,要求每一根線在一種試驗電壓極性下做三次試驗,每次一分鐘,中間間隔一分鐘;一種極性做完,要換做另一種極性。一根線做完,再換做另一根線。當然也可以把脈沖同時注入兩根線,甚至幾根線。由于脈沖群信號在電源線上的傳輸過程十分復雜,很難判斷究竟是分別加脈沖還是一起加脈沖,設備更容易失效,所以同時加脈沖也僅是一種試驗形式而已,最終要由試驗來下結論。
通常被試設備只對其中一根線和一個極性的試驗比較敏感。
2.試驗中的注意點
試驗配置的規范性非常重要:首先,沒有參考接地板,干擾就加不到試品去;其次,沒有足夠大的接地板,就不能保證試驗結果的正確性。另外,由于脈沖群的單個脈沖前沿達到5ns,半寬達到50ns,說明其中含有極其豐富的諧波成分,幅度較大的頻率至少要達到60MHz以上。對電源線來說,即使長度只有1m,由于長度已經可以和傳輸頻率的波長相比,已不能以普通電源線對待,信號在上面傳輸時,部分仍通過線路進入試品(傳導),部分要從線路逸出,成為輻射信號進入試品(輻射),所以試品受到的干擾實際上是傳導與輻射的結合。傳導與輻射的比例將與電源線長度有關:線路短,傳導多;線路長,輻射強。而且輻射強弱還和電源線與參考接地板的貼近程度有關(反映為線路與參考地之間的分布電容),線路離接地板近,分布電容大(容抗小),干擾不易以輻射方式逸出;反之亦反。因此,試驗用電源線的長度、離參考接地板的高度,乃至電源線與試品的相對位置,都可以成為影響試驗結果的因素。為了保證試驗結果的重復性和可比性,注意試驗配置的規范性就變得十分重要了。除了試驗配置的規范性外,還要注意每次試驗時附在試品上的附加導線根數,以及擺放位置是否一致。這是因為脈沖群試驗除了有傳導干擾外,還存在一定程度的輻射干擾,不同的導線數目、不同的導線擺放位置,試品對輻射干擾的響應情況是不同的。
此外,還要提醒試驗人員的是,不同的試驗運行程序,也可能影響試驗結果,這是因為不同的試驗運行程序對被試設備結電容的充放電情況也是不同的。
總之,試驗人員對試驗情況都要仔細記錄在案,便于日后對試驗結果有可追溯性。
3.試驗等級
為便于讀者在做試驗時能選擇合適的電壓等級進行摸底,下面將試驗的電壓等級及每一等級所對應的工作環境提供出來以供參考。
試驗等級分為1、2、3、4和X級。在電源線上試驗時,分別取0.5kV(5kHz)、1kV(5kHz)、2kV(5kHz)、4kV(2.5kHz)及待定。在信號線、控制線上試驗時,分別取0.25kV(5kHZ)、0.5kV(5kHz)、1kV(5kHz)、2kV(5kHz)及待定。
這里,電壓為發生器儲能電容上的電壓,頻率指脈沖群內單個脈沖的重復頻率。
試驗等級所代表的典型工作環境如下。
1級:具有良好保護的環境。計算機的機房可代表這種環境。
2級:受保護的環境。工廠和發電廠的控制室和終端室可代表這種環境。
3級:典型的工業環境下。工業過程控制設備的安裝場所,發電廠和戶外高壓變電站的繼電器房可代表這種環境。
4級:嚴酷的工業環境。未采用特別安裝措施的電站、室外工業過程控制設備的安裝區域、露天的高壓變電站的配電設備和工作電壓高達500kV的開關設備可代表這種環境。
作為一個產品,究竟選用哪一等級,主要由產品標準來決定。
4.3.5 新版國家電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗標準(GB/T17626.4—2008)介紹
新版的國家電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗標準GB/T17626.4—2008已經制訂出來了,這是根據IEC61000—4—4:2004標準轉化過來的。通讀了新的標準之后,對電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗有了更新的認識,覺得新標準對脈沖群波形的要求、對校驗信號發生器的方法以及對試驗方法等都有了新的規定。它對于規范試驗方法,提高試驗的可比性和重復性很有好處。下面就來說明電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗在這方面的進展。
1.試驗等級
新老標準的第一個不同點便是試驗等級,其中新標準的試驗等級見表4.7。
表4.7 新版電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗標準中的試驗等級

注:(1)X是一個開放等級,對特定設備有特殊規定。
(2)習慣上是使用5kHz,然而100kHz更接近于實際。產品技術委員會可針對特殊產品或產品類型來確定其頻率
與舊的電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗等級比較,新標準的嚴酷度要高于老標準,這不體現在試驗的電壓等級上,主要是在試驗頻率有了變化,新標準中將原先的2.5kHz取消了,一律取5kHz和100kHz兩種。因此,新標準所規定的單位時間內的脈沖密集程度有了增加,按照前面講到的國外專家對脈沖群試驗的研究,認為“脈沖群干擾之所以會造成設備的誤動作,是因為脈沖群對線路中半導體器件結電容的充電,當結電容上的能量積累到一定程度,便會引起線路(乃至設備)的誤動作”的觀點,顯然脈沖的密集程度越高,就越容易使結電容上的能量達到引起線路誤動作的門限。也就是說,新標準對試驗頻率的提高應看成是對設備試驗的嚴酷度的提高。
2.試驗設備
1)脈沖群發生器
在脈沖群發生器中,新老標準在發生器組成的主要元件上有一個明顯區別:現行標準講的是火花氣隙(sparkgap);新標準則講的是高電壓開關(highvoltageswitch)。事實上,現時的脈沖群發生器的脈沖形成器件,無一例外,都是采用高壓電子開關。這一改變,對提高脈沖群發生器工作的穩定性,以及提高試驗脈沖的頻率起到了關鍵的作用。
在GB/T17626.4—1998和IEC61000—4—4:1995標準的附錄A中,曾經有一段文字提到了采用火花氣隙充當脈沖形成器件的弊病:
● 由于火花氣隙在低于1kV時的機械和電氣上的不穩定,所以對低于2kV的試驗電壓要通過分壓器來得到。
●脈沖群沖單個脈沖的重復頻率的實際值為10kHz到1MHz,然而廣泛調查的結果表明,采用固定調節火花氣隙的發生器難以再現這種相對較高的重復頻率,因此標準規定了頻率較低的、有代表性的專用脈沖。
由此可見,在舊的電快速瞬變脈沖群試驗標準制定過程中,把脈沖頻率定為2.5kHz和5kHz實在是有一點不得以而為之的味道。隨著脈沖形成器件的更新,特別是高速高壓電子開關的選用,把脈沖頻率提高到5kHz和100kHz是理所當然的事情,這使得脈沖群抗擾度試驗更加切合實際的干擾情況。
2)脈沖群發生器的特性參數
新舊標準中對發生器特性參數規定的不同主要歸結為:新標準給出了兩種不同負載條件下的輸出電壓范圍,1000Ω負載的輸出電壓為0.24~3.8kV;50Ω負載的輸出電壓為0.125V~2kV。新標準對脈沖發生器性能的要求見表4.8。
表4.8 新標準對脈沖群發生器特性參數的要求

在表4.8中還可以看到一點:脈沖的重復頻率提高并不會造成對受試設備注入能量的增加,這是因為重復頻率自5kHz提高到100kHz(頻率提高了20倍),但脈沖群的持續時間卻從15ms縮減到0.75ms(持續時間縮減到原來的1/20),所以注入受試設備的脈沖總量沒變(仍為75個),注入受試設備的干擾能量也就沒變,只是單位時間內的脈沖密集程度有了增加。
3.發生器性能校驗
對發生器的性能必須進行校驗,以便對所有參與做試驗的試驗發生器的性能建立一個共同依據。校驗可采用下列步驟:
在試驗發生器的輸出端依次分別接入50Ω和1kΩ的同軸衰減器,并用示波器加以監測。監測用示波器的-3dB帶寬,以及體現試驗發生器負載的50Ω和1kΩ的同軸衰減器的頻率響應要求達到400MHz以上。其中50Ω是試驗發生器的匹配負載;1kΩ試驗負載則體現了發生器的一個復合負載。不同的試驗發生器只有在兩種極端的負載條件下擁有相同特性,才能保證在實際的抗擾度試驗中有相互可比的試驗結果。
校驗中要測量單個脈沖的上升時間、持續時間和重復頻率,以及脈沖群的持續時間和重復周期,詳細記錄在案。
表4.9列出了發生器在兩種負載(50Ω和1kΩ)下的輸出電壓幅值。其中,50Ω負載時的幅值容差為表中數值的±10%中;對1kΩ負載的幅值容差為表中數值的±20%。
表4.9 發生器輸出電壓的峰值和重復率

4.耦合/去耦網絡
用于電源線抗擾度試驗的耦合/去耦網絡,新舊標準中的最大不同點在于:前者是對逐根電源線做共模抗干擾試驗;而后者是對所有電源線路同時做共模抗干擾試驗。新標準所規定的電源線耦合/去耦網絡如圖4.24所示。

圖4.24 新標準草案的電源線耦合/去耦網絡
對于耦合/去耦網絡的性能,新標準從試驗的角度,對特性參數提出了要求:
(1)耦合電容:33nF;
(2)耦合方式:共模。
為了保證在交流/直流電源端口試驗中使用的耦合/去耦網絡性能合格,光有上述基本要求是不夠的,還必須對耦合/去耦網絡的共模輸出波形進行校驗。校驗時發生器的輸出電壓設置為4kV。發生器的輸出接耦合/去耦網絡的輸入,耦合/去耦網絡的輸出接50Ω負載,記錄峰值電壓和波形。校驗要在每一條耦合/去耦通路上進行。測量結果應該是:脈沖的上升時間為5ns±30%;脈沖持續時間對50Ω為50ns±30%,峰值電壓在表4.9要求上允差±10%。
此外,當被試設備以及電源與網絡脫開時,在耦合/去耦網絡輸入端的殘余試驗脈沖不超過所施試驗電壓的10%。
新標準對波形校驗結果一致性的規定有重要意義:事實上,只有大體一致的試驗波形才代表試驗波形中的諧波成分及其含量的一致性,只有這樣,才能保證采用不同試驗發生器時的試驗結果大體一致。
5.電容耦合夾
脈沖群對于I/O線、信號線、數據線和控制線抗擾度試驗是通過電容耦合夾進行的(如果前述耦合/去耦網絡不適合使用在AC/DC電源端口時,也可采用電容耦合夾的耦合方式來對AC/DC電源端口進行試驗)。耦合夾的耦合電容取決于電纜的直徑、材料及電纜的屏蔽情況。
耦合電容典型值為100~1000pF(原標準寫50~200pF)。
6.試驗配置(實驗室形式試驗的配置)
關于實驗室形式試驗的配置,在新舊標準里有兩張非常相似的配置圖,如圖4.25所示。仔細觀察這兩張圖,還是能發現它們之間的差別,最大的不同出現在這兩張圖的左側,這是關于臺式設備的試驗配置。
按照新標準的配置,地面安裝設備、臺式設備及其他結構形式的設備都將放置在一塊參考接地板的上方。被試設備與參考接地板之間用0.1m±0.01m厚的絕緣支撐物隔開。
新標準規定,凡是安裝在天花板上或是墻壁上的設備都按臺式設備對待。新標準還規定,試驗發生器和耦合/去耦網絡也直接放在參考接地板上,并與參考接地板保持低阻抗連接。
新標準的這些變化顯得尤其重要:首先將試驗發生器和耦合/去耦網絡直接放置在參考接地板上,并且和參考接地板相連,這是因為脈沖群試驗對被試線路進行共模試驗,是將干擾加在被試線路與大地之間的試驗,而試驗中的參考接地板就代表了大地,所以將試驗發生器和耦合/去耦網絡放在參考接地板上是由試驗的性質決定的。為了不使脈沖群干擾產生過多衰減,試驗發生器、耦合/去耦網絡與參考接地板的連接應當是低阻抗的。
新標準指出與被試設備連接的所有電纜要放在離地高度為0.1m的絕緣支架上。明確這一點也很重要,因為被試設備的連接電纜與參考接地板之間構成了一個分布電容,離地高度不同,構成的分布電容也是不同的。不同的分布電容,對脈沖群高頻諧波從連接電纜上的逸出情況也將不同,會直接影響試驗結果。

圖4.25 新舊標準關于實驗室型式試驗的一般配置
新標準對臺式設備試驗配置方式的改變,則對臺式設備的試驗嚴酷度以及試驗結果的一致性有了極大提高。按照舊標準的試驗配置,臺式設備放在木桌上,試驗發生器放在參考接地板上(試驗發生器的接地端子以低阻抗與參考接地板連接),疊加了干擾電壓的電源線則從地面處再伸展到臺式設備的電源輸入端。因此電源線的實際離地高度要在80cm以上,使得電源線相對參考平面的阻抗不能固定(不同的擺放位置有不同的阻抗),而且電源線過大的高頻阻抗(相對于電源線離開參考地平面為10cm的布局來說)使得電源線上的脈沖群干擾的高頻成分大量逸出,導致實際進入被試設備的干擾變弱。因此利用新老標準所提供的試驗配置對同一臺設備做試驗時,可以得出截然不同的試驗結果。
此外,新標準特別指出,在耦合裝置與被試設備之間的電源線和信號線的長度為0.5m ±0.05m,而不是舊標準所規定的≤1m。很顯然,舊標準給出的線的長度不夠明確,0~1m都屬于適合范圍,但是不同的線長,脈沖群高頻諧波的逸出情況是不同的。被試設備受到的干擾實際上是遺留在線上的傳導干擾和逸出到空間的輻射干擾的綜合結果。線長不同,被試設備受到的傳導干擾和輻射干擾的比例也是不同的,無法保證試驗結果的可比性。因此,明確被試線路的長度,對試驗結果的可比性、一致性特別重要。
新標準還規定,如果制造商提供的不可拆卸的電源電纜的長度超過0.5m±0.05m,超長的電纜應在中間部位折疊起來,避免成為一個扁平線圈,同時擺放在離參考接地板0.1m高的位置。而不是老標準規定的電源電纜超過1m時,超長部分挽成一個直徑為0.4m的扁平線圈,平放在離參考接地板0.1m高的位置。很明顯,新標準的提法比較合理,對超長線的處理也比較容易。
在新標準中還首次提出了機架安裝設備的試驗配置(如圖4.26所示),這在現行標準中是從沒有過的。新試驗配置方案的提出,避免了由于試驗人員對標準的理解不一所導致的試驗結果不一。

注意:耦合夾可以安裝在屏蔽室的墻上,或任何接地的表面上。對于電纜在其頂部進出的大型地面安裝設備,耦合夾應該放在高出被試設備10cm處,讓電纜經過參考接地板中心后再下垂。
圖4.26 機架安裝設備的試驗配置例
最后,新標準還要求無須經受快速瞬變脈沖試驗的線路要圈起來,并盡可能地遠離受試線路,以盡量減少線路之間的耦合。
關于在I/O和通信端口上的試驗配置,新舊標準都采用電容耦合夾耒做試驗。但是現行標準中,當兩臺設備同時進行試驗時,受試設備與耦合夾的距離l1=l2≤1m;當只對一臺設備進行試驗時,為了去耦,l2至少要≥5m,或l2>5l1。在新標準草案中,兩臺設備同時試驗時,受試設備與耦合夾的距離l1=l2=0.5m±0.05m;當僅對一臺設備進行試驗時,在不需要進行試驗的這臺設備與耦合夾之間必須插入一個去耦網絡。
7.試驗方法
關于試驗計劃中的試驗時間,在舊標準中只寫不低于1min。而在新標準寫道:“為了加速試驗,選擇試驗時間為1min。試驗時間可以分割成6個10s的脈沖群,每次間隔暫停10s”。提出這一觀點的理由是:在實際的環境中,脈沖群是隨機發生的獨立事件,故不傾向于將。產品標準的制定委員會也可以根據產品的特點選擇其他的試驗持續時間。
對于新標準的這一觀點,作者并不完全認同。如果說國外專家對脈沖群試驗造成被試品失效所提出的機理是正確的(脈沖群試驗是利用干擾對線路結電容充電,當其能量積累到一定程度,就可能引起被試品出錯。這就是說在造成被試品出錯之前,實際上有一個能量的積累過程。在平時做試驗時,我們也發現,對脈沖群的施加,被試品不是一上來就出錯的,而是要工作一段時間之后。例如,經過0.5min,或接近1min之后,被試品的出錯情況才能顯現出來,而且越來越嚴重。這較好地驗證了國外專家對被試品失效機理的分析)。那么,把試驗時間分割成施加6個10s的脈沖群,中間每次間隔暫停10s的做法,實際上是使被試品得到了一個“喘息”機會,在暫停施加脈沖的10s內,存在結電容上的能量便能得到一定程度的釋放,從而使被試品不太容易出錯了。其實脈沖群與被試設備的信號同步,特別是與電源信號的同步問題,不應當是一個重點提出的問題,對50Hz電源來說,每周波所占的時間為20ms(對60Hz電源來說,每周波所占的時間為16.6ms),與5kHz的脈沖群一群所占用的時間是相當的,即一群脈沖的發生過程必定會經歷一個周波電壓的峰值、谷值和過零點,所以刻意追求與電源信號的不同步并沒有太多的實際意義。
4.3.6 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗標準的點評
脈沖群抗擾度試驗是所有常用抗擾度試驗中比較難于通過的一種試驗,同時又是重復性和可比性比較差的一種試驗,因此在本節內容的敘述中,重點突出該試驗的本質是共模試驗。由于波形包含的諧波成分豐富,上限頻率高,所以試驗的規范性特別重要。
此外,新標準提出的把脈沖頻率要提高到5kHz和100kHz的問題,這一變化意味著單位時間內的脈沖個數增加了,從干擾脈沖對線路結電容充電的觀點看,結電容的能量積累過程加快了,線路出錯的機率加大了,所以考核是更加嚴苛了。基于這一觀點,建議企業用戶在目前新老標準并存的階段,應當在產品性能的摸底階段就開始用新標準來做相應的試驗。