- 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
- 3694字
- 2019-01-09 15:56:48
1.3 信息技術設備類產品機內開關電源電磁兼容性能的基本要求
1.3.1 電磁騷擾發射的測試
實施對開關電源所產生的電磁騷擾發射測試,并對其發射值有所限制,其主要目的是對現時的無線電廣播和通信給予必要的保護。
在GB9254—2008《信息技術設備無線電騷擾限值和測量方法》標準中,將設備(信息技術類設備)分為A、B兩類,其中B類是平時在生活環境中使用的設備。屬于B類的環境有住宅區、商業區、商務區、公共娛樂區、戶外場所和輕工業區,基本上都是由低壓電網直接供電的設備。
標準將不屬于B類環境使用的信息技術類設備認定是A類環境的設備,通常是工業環境中使用的設備。
下面是對A類和B類設備所產生的騷擾限值要求:
① 標準要求在0.15~30MHz范圍內作傳導騷擾的測試;
② 在30~1000MHz范圍內進行輻射騷擾的測試。
1)在電源端口的傳導騷擾的限值
當使用帶有準峰值檢波器和平均值檢波器的接收機在進行測量時,被試設備應當同時滿足表1.1中的準峰值和平均值的限值要求。
表1.1 電源端子的傳導騷擾電壓限值

注:(1)在過渡頻率處應采用較低的限值;
(2)B類設備在0.15~0.50MHz范圍內隨頻率對數線性遞減。
2)輻射騷擾的限值
被試設備應當滿足表1.2所示的規定距離內的輻射騷擾限值。
表1.2 設備的輻射騷擾限值(測量點距被試設備距離為10m處)

注:在頻率轉換點上用較低的限值。
3)試驗中的注意事項
(1)試驗應在產品(這里指開關電源)的正常使用情況下,以能產生最大電磁騷擾發射的工作方式進行。試驗中還要適當地改變試品(開關電源)的布局,以便使騷擾發射為最大。
(2)試驗應將試驗中用到的試驗儀器、試驗方法、試驗配置和試驗布局(如果有負載,應當包括負載的布局)等明確記錄在案,以備試驗能重復進行、試驗結果可以追溯。
(3)除非另有說明,試驗應在試品(開關電源)額定電壓和規定工作條件下進行。
1.3.2 諧波電流發射的測試
電力系統中的諧波是指那些為供電系統額定頻率整數倍的正弦電壓或正弦電流。它是由非線性電壓(或電流)特性的設備(如開關電源)引起的,這些設備可以看成諧波電流的來源,來自不同諧波源的諧波電流在電力網絡的阻抗上產生諧波電壓。電網中的諧波會使敏感設備產生性能降級、誤動作,甚至發生故障。
測試被試設備諧波電流發射的標準(GB17625.1—2003《電磁兼容 限值 諧波電流發射限值(設備每相輸入電流≤16A)》)把設備分成如下四類。
(1)A類:平衡的三相設備;家用電器(不包括劃入D類的設備);電動工具(不包括便攜式工具);白熾燈調光器;音頻設備。凡未歸入其他三類的設備均視為A類設備。
(2)B類:便攜式工具;非專用的電弧焊接設備。
(3)C類:照明設備(包括燈和燈具;主要功能為照明的多功能設備中的照明部分;放電燈的獨立式鎮流器和白熾燈的獨立式變壓器;紫外線或紅外線輻射裝置;廣告標識的照明;除白熾燈外的燈光調節器)。但照明設備不包括裝在復印機、高架投影儀、幻燈機等設備中的燈或用于刻度照明及指示照明的裝置,也不包括白熾燈的調光器。
(4)D類:功率小于或等于600W的個人計算機、計算機顯示器及電視接收機。
前面提到的與開關電源應用密切相關的信息技術設備、音視頻設備及其部件、衛星電視廣播接收機、金融及貿易結算設備、電信終端設備等幾大類產品,比較符合諧波電流測試標準中所定義的A類和D類設備。
表1.3和表1.4分別列出了A類和D類設備的諧波電流發射的限值要求。
表1.3 A類設備的諧波電流發射限值

表1.4 D類設備的諧波電流發射限值

注:(1)對于D類設備,表中的第2和第3欄數據并用,設備的諧波電流不應超過任何一欄的限值;
(2)表中給定的限值適用于所有有功功率>75W的設備。
注意,這里所說設備的額定電壓為50Hz和220/380V。上述限值也適用于頻率為60Hz,電壓為230/400V、240/415V供出口用途的設備。
1.3.3 抗擾度性能的測試
對開關電源的抗擾度性能測試,主要是檢測開關電源在外界環境有一定強度的電磁干擾作用下的工作可靠性。
常用的抗擾度試驗項目有靜電放電、射頻輻射電磁場、電快速瞬變脈沖群、雷擊浪涌,以及由射頻場感應所引起的傳導干擾、電壓跌落和短時中斷等。
表1.5至表1.8是參照GB/T17618—1998《信息技術設備抗擾度限值和測量方法》提出的對信息技術設備類產品中機內開關電源的抗擾度要求。
表1.5 機箱端口的抗擾度要求

注:(1)僅適用于包括對磁場敏感的設備;
(2)在頻率范圍內,按規定掃描;
(3)起始頻率可從低于80MHz開始,但不低于26MHz。
表1.6 信號端口的抗擾度要求

注:(1)在頻率范圍內按規定進行掃描;
(2)僅適用于根據制造廠規范可能直接與室外電纜連接的那些端口;
(3)僅適用于根據制造廠規范規定的、超過3m長的電纜;
(4)如果輻射試驗已在較低頻率進行、則此試驗的頻率范圍僅進行到該頻率;
(5)如果端子按要求設置了第一級保護,則試驗時應施加4kV浪涌電壓到所設置的保護器上;否則,對無保護的端口施加1.5kV的試驗電壓。
表1.7 直流電源輸入端口(不包括連同AC/DC適配器的設備)的抗擾度要求

注:(1)在頻率范圍內按規定進行掃描;
(2)僅適用于根據制造廠規范可能直接與室外電纜連接的那些端口;
(3)如果輻射試驗已在較低頻率進行,則此試驗的頻率范圍僅需進行到該頻率。
表1.8 交流電源輸入端口(包括連同AC/DC適配器的設備)的抗擾度要求

注:(1)在頻率范圍內按規定進行掃描;
(2)在電壓波形0°交叉點發生變化;
(3)如果輻射試驗已在較低頻率進行,則此試驗的頻率范圍僅需進行到該頻率;
(4)當制造廠規定了保護措施,但在試驗期間無法模擬這些措施時,則施加的試驗電壓應降到0.5kV和1kV。
需要指出的是,針對不同的產品(用開關電源配套供電的產品),在抗擾度的具體要求上可能會有所變動(通常都是提高。因為產品族里所提的抗擾度要求,一般都是這類產品最低要求)。
例如,某通信設備廠將交流電流電源上的浪涌試驗定為±6kV;直流電源線上的浪涌定為±2kV;電快速瞬變脈沖群定為±4kV;靜電放電定為±8kV;工頻磁場定為300A/m,等等。另外,要求設備在經受寬范圍的交流電壓變動(整機的電壓跌落、電壓瞬變和短時中斷)后,開關電源應能正常工作。
試驗中的注意事項如下:
(1)被試設備(這里持指開關電源)應按實際使用情況,并在對干擾最敏感的工作模式下進行試驗。試驗中還要適當改變布局以求達到最大敏感度。
(2)試驗中應將試驗配置、被試設備(開關電源)的工作方式及試驗的布局等情況明確記錄在案,以便必要時可以重現及對比試驗結果。
(3)如果在被試設備(開關電源)的用戶手冊中規定了(開關電源)所需的外部保護裝置(或保護措施),那么被試設備(開關電源)就應當在有保護的情況下進行試驗。
(4)除非另有說明,試驗應在額定電壓和規定的工作條件下進行。
最后,談一談對開關電源的抗擾度結果的判斷問題。
不管怎樣,任何一臺開關電源的試驗結果總是以下情況中的一種。
(1)情況A:開關電源在試驗中和試驗后都能正常工作,無性能下降和低于制造商規定的性能等級現象發生。
(2)情況B:開關電源在試驗后可以正常工作,且無性能下降和低于制造商所規定的性能等級現象發生。
(3)情況C:允許開關電源有暫時性的性能降低,只要這種功能是可以通過控制操作、人工復位,甚至是關機后恢復的。
十分顯然,上述情況對于開關電源的要求是不同的:情況A為最高,情況C為最低。一臺具體的電源究竟適用哪一種情況,是由相關的產品標準(與開關電源配套產品的產品標準)或產品制造商給出的。下面說明信息技術類設備的性能判斷規定(見GB/T17618—1998《信息技術設備抗擾度限值和測量方法》):
① 射頻輻射電磁場抗干擾試驗的性能判據為A;
② 靜電放電試驗的性能判據為B;
③ 由射頻場感應所引起傳導干擾試驗的性能判據為A;
④ 浪涌試驗的性能判據為B;
⑤ 電快速瞬變脈沖群試驗的性能判據為B;
⑥0.5周波的電壓中斷試驗的性能判據為B;
⑦ 其余情況的電壓暫降和中斷試驗的性能判據為C。
1.3.4 機內開關電源電磁兼容性測試要求小結
針對不同環境中的設備(開關電源),在前面已給出了多種試驗要求,其中有幾點還是值得小結的。
(1)對于住宅、商業、輕工業環境的設備(或稱為B類環境中的設備)和工業環境的產品(或稱為A類環境中的設備),盡管環境不同,但試驗的部位和試驗項目的選擇大體上是一致的,只是限值不同。對于用在不同設備上的開關電源電磁兼容性能的要求也是如此。
(2)對設備(開關電源)的電磁兼容性能試驗實際上可以歸為如下三類。
① 高頻電磁騷擾的發射測試:
●0.15~30MHz的交流電源線傳導騷擾測試;
●30~1000MHz的輻射騷擾測試。
② 低頻電磁騷擾的發射測試:
●0~2kHz的工頻諧波電流測試。
③ 開關電源的抗擾度試驗:
● 靜電放電試驗;
● 高頻輻射電磁場試驗;
● 電快速瞬變脈沖群試驗;
● 雷擊浪涌試驗;
● 由射頻場感應所引起的高頻傳導試驗;
● 工頻磁場試驗;
● 電壓跌落試驗。
附錄:機內開關電源的認證試驗項目一覽表(2001年,其中粗體為電磁兼容項目)
適用標準:GB 4943—1995(安全標準)、GB 9254—1998(電磁兼容標準)、GB 17625.1—1998(諧波電流標準),并參見表末注(1)、(2)、(3)的說明。

注:(1)GB4943—1995《信息技術設備的安全》已被修訂,分別有GB4943—2001和GB4943—2008兩個版本。
(2)GB9254—1998已被修訂,由GB9254—2008《信息技術設備無線電騷擾限值和測量方法》替代。
(3)GB17625.1—1998已被修訂,由GB17625.1—2003《電磁兼容 限值 諧波電流發射限值(設備每相輸入電流≤16A)》替代。