關(guān)于電容耦合夾的應用,在GB/T17626.4的第6.3節中指出,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(wú)任何電連接的情況下把快速瞬變脈沖群耦合到受試線(xiàn)路上。
電容耦合夾的結構見(jiàn)圖2所示。受試線(xiàn)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*大耦合電容。
耦合夾的兩端各有一個(gè)高壓同軸接頭,用其*靠近受試設備的這一端與發(fā)生器通過(guò)同軸電纜連接。從圖2可以看出,高壓同軸接頭的芯線(xiàn)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(guò)耦合板與受試電纜之間的分布電容進(jìn)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(lái)說(shuō)的。因此,通過(guò)耦合夾對受試電纜所施加的干擾仍然是共模性質(zhì)的。
明確脈沖群干擾的性質(zhì)很重要:首先,這與試驗方法有關(guān)。既然是共模干擾,就一定要與參考接地板關(guān)聯(lián)在一起,離開(kāi)了參考接地板,共模干擾將加不到受試設備去。其次,既然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(shí),必須采用針對共模干擾的有效措施。
二.采用規范的試驗配置是脈沖群抗擾度試驗的關(guān)鍵
企業(yè)試驗人員所犯錯誤之二是所用的試驗配置不規范。其中一部分人是沒(méi)有理解脈沖群抗擾度試驗是共模試驗,因此在試驗中根本沒(méi)有考慮采用參考接地板;另一部分人雖然采用參考接地板,但由于沒(méi)有仔細閱讀相應標準,因此使用得很不規范,起不到應有的作用。
下面是在實(shí)驗室進(jìn)行脈沖群抗擾度試驗時(shí)所必須的配置:
1.參考接地板用厚度為0.25mm以上的銅板或鋁板(需提醒的是,普通鋁板容易氧化,易造成試驗儀器、受試設備的接地電纜與參考接地板之間塔接**,宜慎用);若用其他金屬板材,要求厚度大于0.65mm。
參考接地板的尺寸取決于試驗儀器和受試設備,以及試驗儀器與受試設備之間所規定的接線(xiàn)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(shí)驗室的保護地相連。
2.試驗儀器(包括脈沖群發(fā)生器和耦合/去耦網(wǎng)絡(luò ))放置在參考接地板上。試驗儀器用盡可能粗短的接地電纜與參考接地板連接,并要求在搭接處所產(chǎn)生的阻抗盡可能小。
3.受試設備用0.1±0.01m的絕緣支座隔開(kāi)后放在參考接地板上(如果受試設備是臺式設備,則應放置在離參考接地板高度為0.8±0.08m的木頭桌子上)。受試設備(或試驗桌子)距參考接地板邊緣的*小尺寸滿(mǎn)足項1(0.1m)的規定。
受試設備應按照設備的安裝規范進(jìn)行布置和連接,以滿(mǎn)足它的功能要求。另外,受試設備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)。當受試設備只有兩根電源進(jìn)線(xiàn)(單相,一根L,一根N),而且不設專(zhuān)門(mén)接地線(xiàn)時(shí),受試設備就不能在試驗時(shí)單獨再拉一根接地線(xiàn)。同樣,受試設備如果通過(guò)三芯電源線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)(單相,一根L,一根N,及一根電氣接地線(xiàn)),未設專(zhuān)門(mén)接地線(xiàn)時(shí),則此受試設備也不允許另外再設接地線(xiàn)來(lái)接地,而且受試設備的這根電氣接地線(xiàn)還必須經(jīng)受抗擾度試驗。
4.受試設備與試驗儀器之間的相對距離以及電源連線(xiàn)的長(cháng)度都控制在1m,電源線(xiàn)的離地高度控制在0.1m,如有可能,*好用一個(gè)木制支架來(lái)擺放電源線(xiàn)。
當受試設備的電源線(xiàn)為不可拆卸,而且長(cháng)度超過(guò)1m時(shí),那么超長(cháng)部分就應當挽成個(gè)直徑為0.4m的扁平線(xiàn)圈,并行地放置在離參考接地板上方0.1m處。受試設備與試驗儀器之間的距離仍控制為1m。
標準還規定,上述電源線(xiàn)不應采用屏蔽線(xiàn),但電源線(xiàn)的絕緣應當良好。
5.試驗應在試驗室中央進(jìn)行,除了位于受試設備、試驗儀器下方的參考接地板以外,它們與其他所有導電性結構(例如屏蔽室的墻壁和實(shí)驗室里的其他有金屬結構的試驗儀器和設備)之間的*小距離為0.5m(參見(jiàn)圖3所示)。
6.當使用耦合夾做被試系統的抗擾度試驗時(shí),耦合夾應放置在參考接地板上,耦合夾到參考接地板的邊緣尺寸的*小距離為0.1m。同樣,除了位于耦合夾下方的參考接地板以外,耦合夾相對所有其他導電性結構之間的*小距離是0.5m。參見(jiàn)圖4所示。
如果試驗是針對系統中一臺設備(如EUT1)的抗擾度性能測試來(lái)說(shuō)時(shí),則耦合夾與EUT1的距離關(guān)系保持不變,而將耦合夾相對EUT2的距離增至5m以上(標準認為較長(cháng)的導線(xiàn)足夠使線(xiàn)路上的脈沖群信號損耗殆盡)。
總之,試驗配置的規范性非常重要:1.首先,沒(méi)有參考接地板,干擾加不到受試設備去;其次,沒(méi)有足夠大的參考接地板就不能保證試驗結果的正確性。2.由于脈沖群的單個(gè)脈沖波形前沿tr達到5ns,半寬T達到50ns,這就注定了脈沖群干擾具有極其豐富的諧波成分。按照GB/T17626.1-1998標準(相應的國際標準為IEC61000-4-1)對脈沖波形的幅值-頻譜的闡述,幅度較大的諧波頻率至少可以達到1/πtr,亦即可以達到60MHz左右,相應的信號波長(cháng)為5m。對于一根載有60MHz以上頻率的電源線(xiàn)來(lái)說(shuō),那怕長(cháng)度只有1m,由于導線(xiàn)長(cháng)度已經(jīng)可以和信號的波長(cháng)相比擬,不能再以普通傳輸線(xiàn)來(lái)考慮,信號在線(xiàn)上的傳輸過(guò)程中,部分依然可以通過(guò)傳輸線(xiàn)進(jìn)入受試設備(傳導傳輸);部分要從線(xiàn)上逸出,成為輻射信號進(jìn)入受試設備(輻射傳輸)。因此,受試設備受到的干擾實(shí)際上是傳導與輻射的結合。很明顯,傳導和輻射的比例將和電源線(xiàn)的長(cháng)度有關(guān),線(xiàn)路越短,傳導成分越多,而輻射比例越??;反之,輻射比例就大。而且輻射的強弱還和電源線(xiàn)與參考接地板之間的相對距離有關(guān)(它反映了線(xiàn)路與接地板之間的分布電容),線(xiàn)路離參考接地板越近,則分布電容就越大(容抗越?。?,干擾信號越不容易以輻射方式逸出;反之亦反。由此可見(jiàn),試驗用的電源線(xiàn)長(cháng)短,電源線(xiàn)離參考接地板的高度,乃至電源線(xiàn)與受試設備的相對位置,都可成為影響試驗結果的因素。因此,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。
三.脈沖群抗擾度試驗中的設備失效機理
企業(yè)試驗人員對于脈沖群抗擾度試驗的誤解還表現在,他們簡(jiǎn)單地認為在脈沖群抗擾度試驗中受試設備有一個(gè)門(mén)檻電平,干擾低于這個(gè)電平,設備工作正常;干擾高于這個(gè)電平,設備就失效。
根據國外學(xué)者對脈沖群干擾造成設備失效的機理的研究,脈沖群試驗是利用干擾信號對設備線(xiàn)路結電容的充電,當上面的能量積累到一定程度之后,就可能引起線(xiàn)路(乃至系統)出錯。因此,線(xiàn)路出錯會(huì )有個(gè)過(guò)程,而且會(huì )有一定偶然性(不能保證間隔多少時(shí)間,線(xiàn)路一定出錯,特別是當試驗電壓達到臨界點(diǎn)附近時(shí))。為此,一些產(chǎn)品試驗規定,在電源線(xiàn)上的試驗通過(guò)耦合/去耦網(wǎng)絡(luò )以共模方式進(jìn)行,在每一根線(xiàn)(包括設備的電氣接地線(xiàn))對地(對參考接地板)施加試驗電壓。要求每一根線(xiàn)在一種試驗電壓極性下做三次,每次一分鐘,中間相隔一分鐘。在一種極性做完后,換做另一個(gè)極性。一根線(xiàn)做完后,換做另一根線(xiàn)。當然也可以把脈沖同時(shí)注入兩根線(xiàn),甚至幾根線(xiàn)。由于脈沖群信號在電源線(xiàn)上的傳輸過(guò)程十分復雜,很難判斷究竟是分別施加脈沖,還是一起施加脈沖,設備更容易失效。因此在幾根線(xiàn)上同時(shí)施加脈沖也僅僅作為一種干擾的形式加以采用而已,*終應通過(guò)試驗來(lái)下結論。此外,也有一些標準(如GB4343.2-1999《電磁兼容 家用電器、電動(dòng)工具和類(lèi)似器具的要求 第2部分:抗擾度—產(chǎn)品類(lèi)標準》)規定在每一根線(xiàn)上施加2分鐘的正極性試驗電壓,稍事間隔,再加2分鐘的負極性電壓??梢钥闯?,不同標準有不同規定,但都有一個(gè)相對較長(cháng)的試驗過(guò)程,以避免試驗中的偶然性,并通過(guò)盡可能多的試驗組合,將設備的隱患暴露出來(lái)。
實(shí)踐表明,一臺設備往往是某一根線(xiàn),在某一種試驗電壓極性下特別敏感。
在談到試驗的可比性方面,要特別提醒企業(yè)試驗人員的是,除了試驗配置的規范性外,還要注意每次試驗附在受試設備上的附加導線(xiàn)的根數、附加導線(xiàn)的擺放位置是否一致。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,不同的附加導線(xiàn)數目,不同的附加導線(xiàn)擺放位置,受試設備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試品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。