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电快速瞬变脉冲群的测试特点及原理

1.实验的目的

 

      电快速瞬变脉冲群EFT试验的目的是验证电子设备机械开关对电感性负载切换、继电器触点弹跳、高压开关切换等引起的瞬时扰动的抗干扰能力。这种试验方法是一种耦合到电源线路、控制线路、信号线路上的由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群试验。容易出现问题的场合有电力设备或监控电网的设备、使用在工业自动化上面的设备、医疗监护等检测微弱信号设备。

 

2.干扰的特点

 

EFT的特点是上升时间快,持续时间短,能量低,但具有较高的重复频率。EFT一般不会引起设备的损坏,但由于其干扰频谱分布较宽,会对设备正常工作产生影响。其干扰机理为EFT对线路中半导体结电容单向连续充电累积,引起电路乃至设备的误动作。

 

1)电快速瞬变脉冲群测试及相关要求

不同的电子、电气产品标准对EFT抗扰度试验的要求是不同的,但这些标准关于EFT抗扰度试验大多都直接或间接引用GB/T17626.4这一电磁兼容基础标准,并按其中的试验方法进行试验。下面就简要介绍一下该标准的内容。

 

2)信号发生器和试验波形

 

a)信号发生器

其中,U为高压直流电源,Rc为充电电阻,Cc为储能电容,Rs为内部的放电电阻,Rm为阻抗匹配电阻,Cd为隔直电容,R0为外部的负载电阻,Cc的大小决定了单个脉冲的能量,Cc和Rs的配合决定了脉冲波的形状(特别是脉冲的持续时间),Rm决定了脉冲群发生器的输出阻抗(标准规定是50Ω),Cd则隔离了脉冲群发生器输出波形中的直流成分,免除了负载对脉冲群发生器工作的影响。


国产电磁兼容仪器设备

图1.信号发生器


b)实验波形

试验发生器性能的主要指标有三个:单个脉冲波形、脉冲的重复频率和输出电压峰值。IEC 61000-4-4要求试验发生器输出波形应如图2,3所示。

国产电磁兼容仪器设备

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EFT是由间隔为300ms的连续脉冲串构成,每一个脉冲串持续15ms,脉冲波形组成,单个脉冲的上升沿5ns,持续时间50ns,重复频率5kHz和100kHz。为了保证5kHz和100kHz注入的能量具有等效性,当用100kHz的重复频率代替5kHz时,EFT的持续时间从15ms缩减到0.75ms。传统上使用5kHz的重复频率,然而100kHz更接近实际情况。在电力上一般要求为100kHz。

 

c)干扰实验等级

受试设备的被试验部分主要包括设备的供电电源端口,保护接地,信号和控制端口。


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图4 脉冲群试验等级


需要注意,并不是信号和控制信号在相同测试等级下信号发生器输出电压就比对电源测试的电压要低,实际信号发生器输出的信号幅度是一致的,是由负载阻抗决定的。信号线一般阻抗为50欧,信号发生器内有50串接电阻。所以信号测量电压应为0.5xVp(开路)。此电压可以正负偏差10%。

 

3、耦合装置

 

IEC 61000-4-4提供的耦合装置有两种:耦合/去耦网络和容性耦合夹。一般情况下,耦合/去耦网络主要用于电源端口试验,容性耦合夹主要用于I/O端口和通信端口试验。

 

4、耦合/去耦网络

 

耦合/去耦网络的作用是将干扰信号耦合到受试设备并阻止干扰信号连接到同一电网中的不相干设备。


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                                                                      图5.耦合装置


耦合脉冲干扰是通过33nF的电容,同时施加到L1、L2、L3、N、PE信号上。信号电缆的屏蔽层则和耦合/去耦网络的机壳相连,机壳则接到参考接地端子上。这表明脉冲群干扰实际上是加在电源线与参考地之间,即加在电源线上的干扰是共模干扰。

 

5、容性耦合夹

 

对于采用耦合夹的试验来说,耦合夹能在受试设备各端口的端子、电缆屏蔽层或受试设备的其他部分无任何电连接的情况下把快速瞬变脉冲群耦合到受试线路上。电容耦合夹的结构如图?所示。试验中受试线路的电缆放在耦合夹的上下两块耦合板之间,耦合夹本身应尽可能地合拢,以提供电缆和耦合夹之的最大耦合电容。耦合夹与电缆之间的典型电容是50-200pf。

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    图6.容性耦合夹

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