常用的抗擾度試驗標準

摘要：詳細地介紹了幾種抗擾度試驗的目的、方法、嚴酷度等級及要求。

關鍵詞：標準抗擾度試驗

Standard of Jamming Immunity Test in Common Use

Abstract: Aims,mehtods,harshess levels and reguirements of a few jamming immunity tests are presented.

Keywords:Standard,Jamming immunity test

中圖法分類號：TN97文獻標識碼：A文章編號：0219?2713(2000)09?435?08

　　我國電磁兼容認證工作已經起動，第一批實施電磁兼容的產品類別及所含內容也已基本確定，它們是聲音和電視廣播接收機及有關設備，信息技術設備，家用和類似用途電動、電熱器具，電動工具及類似電器、電源、照明電器、車輛機動船和火花點火發動機的驅動裝置、金融及貿易結算電子設備、安防電子產品、聲音和電視信號的電纜分配系統設備與部件，低壓電器。盡管產品不同，引用的產品族測試標準也不同，但其中抗擾度的試驗內容基本相同，它們是靜電放電、射頻輻射電磁場、脈沖群、浪涌、射頻場引起的傳導干擾和電壓跌落等6項。為了幫助讀者對這些標準的理解，作者試圖從試驗目的、儀器特性要求、基本配置情況、標準試驗方法和對標準的評述等方面入手，用比較簡潔的文字介紹這些試驗，以加深對標準的理解。

1IEC61000－4－2（GB/T17626.2）靜電放電抗干擾試驗

1.1靜電放電的起因

靜電放電的起因有多種，但IEC61000－4－2（GB/T17626.2）主要描述在低濕度情況下，通過摩擦等因素，使人體積累了靜電。當帶有靜電的人與設備接觸時，就可能產生靜電放電。

1.2試驗目的

試驗單個設備或系統的抗靜電干擾的能力。它模擬：

（1）操作人員或物體在接觸設備時的放電。

（2）人或物體對鄰近物體的放電。

靜電放電可能產生的如下后果：

（1）直接通過能量交換引起半導體器件的損壞。

（2）放電所引起的電場與磁場變化，造成設備的誤動作。

1.3靜電放電的模擬

圖1和圖2分別給出了靜電放電發生器的基本線路和放電電流的波形。

圖1靜電放電發生器

圖2靜電放電的電流波形

圖1中高壓真空繼電器是目前唯一的能夠產生重復與高速的放電波形的器件（放電開關）。圖2是標準放電電流波形，圖中Im表示電流峰值，上升時間tr=（0.7～1）ns。放電線路中的儲能電容CS代表人體電容，現公認150pF比較合適。放電電阻Rd為330Ω，用以代表手握鑰匙或其他金屬工具的人體電阻。現已證明，用這種放電狀態來體現人體放電的模型是足夠嚴酷的。

圖3信號發生器的輸出電壓波形

（a）未調制的射頻信號UPP=2.8VUrms=1.0V

（b）調制的射頻信號UPP=5.18VUrms=1.12V

1.4放電方式

直接放電（直接對設備的放電）：接觸放電為首選形式；只有在不能用接觸放電的地方（如表面涂有絕緣層，計算機鍵盤縫隙等情況）才改用氣隙放電。

1.5試驗方法

有型式試驗（在實驗室進行）及安裝現場試驗兩種，標準規定以前者為主。

試驗中一般以1次/秒的速率進行放電，以便讓設備對試驗未來得及響應。另外正式試驗前要用20次/秒的放電速率，對被試設備表面很快掃視一遍，目的是找出設備對靜電放電敏感的部位。

試驗電壓要由低到高逐漸增加到規定值。

1.6試驗的嚴酷度等級

該試驗的嚴酷度等級見表1。

表1嚴酷度等級

等級的選擇取決于環境等因素，但對具體的產品來說，往往已在相應的產品或產品族標準中加以規定。

1.7對試驗的評述

標準中接觸放電之所以可以用比較低的試驗電壓來進行試驗，是因為接觸放電有著極其陡峭的上升時間，其諧波成分更豐富，對設備的考核也更嚴格。

2IEC61000－4－3(GB/T17626.3)射頻輻射電磁場的抗擾度試驗

2.1造成射頻輻射的起因

射頻輻射電磁場對設備的干擾往往是由設備操作、維修和安全檢查人員在使用移動電話時所產生的，其他如無線電臺、電視發射臺、移動無線電發射機和各種工業電磁輻射源（以上屬有意發射），以及電焊機、晶閘管整流器、熒光燈工作時產生的寄生輻射（以上屬無意發射），也都會產生射頻輻射干擾。

2.2試驗目的

建立一個共同的標準來評價電氣和電子設備的抗射頻輻射電磁場干擾的能力。

2.3試驗的嚴酷度等級

該試驗的嚴酷度等級見表2。

表2嚴酷度等級

其中：1級為低輻射環境，如離電臺、電視臺1km以上，附近只有小功率移動電話在使用。2級為中等輻射環境，如在不近于1m處使用小功率移動電話，為典型的商業環境。3級為較嚴酷的輻射環境，如在1m左右的地方使用移動電話，或附近有大功率發射機在工作，為典型的工業環境。

移動電話工作時所產生場強的經驗公式：式中：P為移動電話的功率，W；d為移動電話至設備的距離，m。

上述公式反映了在離設備很近的地方使用功率較大的移動電話，會給設備造成很強的射頻輻射電磁場的干擾。

2.4模擬試驗

隨著技術的發展，電磁環境也隨著惡化，測試頻率已由早期的（27～500）MHz，擴展到（80～1000）MHz。其中高頻段的擴展是與移動電話的普遍使用有關，它的工作頻率現已擴展到900MHz（甚至更高）；對80MHz的選擇則與對測試場地的要求、對射頻功率放大器的功率要求和對天線的選用要求有關。至于80MHz以下部分，將由IEC61000－4－6標準加以補充。

試驗時要用1kHz正弦波進行幅度調制，調制深度為80％，參見圖3（在早期的試驗標準中不需要調制）。將來有可能再增加一項鍵控調頻（歐共體標準已采用），調制頻率為200Hz，占空比為1∶1。

2．5基本試驗儀器

（1）信號發生器（主要指標是帶寬、有調幅功能、能自動或手動掃描、掃描點上的留駐時間可設定、信號的幅度能自動控制等）。

（2）功率放大器（要求在3m法或10m法的情況下，達到標準規定的場強。對于小產品，也可以采用1m法進行試驗，但當1m法和3m法的試驗結果有爭執時，以3m法為準）。

（3）天線（在不同的頻段下使用雙錐和對數周期天線。國外已有在全頻段內使用的復合天線）。

（4）場強測試探頭。

（5）場強測試與記錄設備。

當在基本儀器的基礎上再增加一些諸如功率計、計算機（包括專用的控制軟件）、場強探頭的自動行走機構等，可構成一個完整的自動測試系統。

2．6試驗的場地

最好采用電波暗室（主要考慮場地均勻性問題。如果在這個電波暗室中還要考慮產品本身在工作中產生的電磁波騷擾測試時，則這個電波暗室還涉及到與開闊場的比對問題）。

為了保證試驗結果的可比性和重復性，要對試驗場地的均勻性進行校驗。

2．7試驗方法

試驗在電波暗室中進行，試驗時人員不能進入，用工業電視監視試品的工作情況（或從試品引出可以說明試品工作狀態的信號至測定室，由專門儀器予以判定）。暗室內有天線（包括天線的升降塔）、轉臺、試品及工業電視攝象機。

工作人員、測定試品性能的儀器、信號發生器、功率計和計算機等設備在測定室里。高頻功率放大器則放在功放室里。

試驗中，對試品的布線非常講究，應記錄在案，以便必要時重現試驗結果。

2．8場強、試驗距離與功率放大器之間的關系（僅

供參考）。

場強、試驗距離與功率放大器的關系見表3。

表3場強、試驗距離與功率放大器關系

3IEC61000－4－4（GB/T17626.4）電快速瞬變脈沖群的抗擾度試驗

3．1電快速瞬變脈沖群的起因及后果

電路中，機械開關對電感性負載的切換，通常會對同一電路的其他電氣和電子設備產生干擾。這類干擾的特點是：脈沖成群出現、脈沖的重復頻率較高、脈沖波形的上升時間短暫、單個脈沖的能量較低。實踐中，因電快速瞬變脈沖群造成設備故障的機率較少，但使設備產生誤動作的情況經常可見，除非有合適的對策，否則較難通過。

3．2試驗目的

進行電快速瞬變脈沖群試驗的目的是要對電氣和電子設備建立一個評價抗擊電快速瞬變脈沖群的共同依據。

圖4快速瞬變脈沖群發生器

注：U—高壓電源RS—波形形成電阻RC—充電電阻

Rm—阻抗匹配電阻CC—貯能電容Cd—隔直電容

圖5電快速瞬變脈沖群

（a）接50Ω負載時單個脈沖波形

(b)單脈沖重復周期

（c）脈沖群周期

3．3電快速瞬變脈沖群的模擬

圖4給出了電快速瞬變脈沖群的發生器基本線路。脈沖群的波形則參見圖5所示。

對電快速瞬變脈沖群的基本要求是：

脈沖的上升時間（指10％～90％）：5ns±30％;

脈沖持續時間（上升沿的50％至下降沿的50％）：50ns±30％;

脈沖重復頻率：5kHz或2.5kHz;

脈沖群的持續時間：15ms;

脈沖群的重復周期：300ms;

發生器的開路輸出電壓（峰值）：（0.25～4）kV;

發生器的動態輸出阻抗：50Ω±20％;

輸出脈沖的極性：正/負;

與電源的關系：異步。

3．4試驗配置

有兩種類型的試驗：實驗室內的型式試驗和設備安裝完畢后的現場試驗。標準規定第一種試驗是優先采用的試驗；對于第二種試驗，只有制造商和用戶達成一致意見時，方才采用。

電快速瞬變脈沖群試驗的實驗室配置與靜電放電試驗相類似，地面上有參考接地板，接地板的材料與靜電放電的要求相同；但對臺式設備，在臺面上不要鋪設金屬板。

3.5試驗方法

（1）對電源線的試驗（包括交流和直流），通過耦合與去耦網絡，用共模方式，在每個電源端子與最近的保護接地點之間，或與參考接地板之間加試驗電壓。

（2）對控制線、信號線及通信設備，用共模方式，通過電容耦合夾子來施加試驗電壓。

（3）對于設備的保護接地端子，試驗電壓加在端子與參考接地之間。

試驗每次至少要進行1min，而且正/負極性都屬必須。

3．6試驗的嚴酷度等級

該試驗的嚴酷度等級見表4。

表4嚴酷度等級

表內：電壓指脈沖群發生器信號貯能電容上的電壓；頻率指脈沖群內脈沖的重復頻率。

嚴酷度等級的大體分類是：

1級保護良好環境下的設備（如計算機機房）；

2級通常有保護環境下的設備（如工廠中的計算機機房和控制室）；

3級無保護環境下的設備（如公用電網、工廠、變電站）；

4級有嚴重騷擾環境下的設備（如采用氣體絕緣的開關或真空開關的變電站）。

3．7試驗的評述和標準的今后發展趨勢

試驗的機理是利用脈沖群對線路分布電容能量的積累效應，當能量積累到一定程度就可能引起線路（乃至設備）工作出錯。通常可以用試驗中的線路一旦出錯，就會連續不斷地出錯，即使把脈沖電壓稍稍降低，出錯情況依然不斷的現象來加以解釋。

今后發展趨勢是脈沖的重復頻率提高，但脈沖群的長度縮短，使每群脈沖個數基本保持不變。

4IEC61000－4－5（GB/T17626.5）浪涌的抗擾度試驗

4．1浪涌的起因

（1）雷擊（主要模擬間接雷）：例如，雷電擊中戶外線路，有大量電流流入外部線路或接地電阻，因而產生的干擾電壓；又如，間接雷擊（如云層間或云層內的雷擊）在線路上感應出的電壓或電流；再如，雷電擊中了鄰近物體，在其周圍建立了電磁場，當戶外線路穿過電磁場時，在線路上感應出了電壓和電流；還如，雷電擊中了附近的地面，地電流通過公共接地系統時所引入的干擾。

（2）切換瞬變：例如，主電源系統切換時（例如補償電容組的切換）產生的干擾；又如，同一電網中，在靠近設備附近有一些較大型的開關在跳動時所形成的干擾；再如，切換有諧振線路的晶閘管設備；還如，各種系統性的故障，例如設備接地網絡或接地系統間產生的短路或飛弧故障。

4．2試驗的目的

通過模擬試驗的方法來建立一個評價電氣和電子設備抗浪涌干擾能力的共同標準。

4．3浪涌的模擬

按照IEC61000－4－5（GB/T17626.5）標準的要求，要能分別模擬在電源線上和通信線路上的浪涌試驗。由于線路的阻抗不一樣，浪涌在這兩種線路上的波形也不一樣，要分別模擬。

圖6綜合波發生器簡圖

注：U—高壓電源RS—脈沖持續期形成電阻RC—充電電阻

Rm—阻抗匹配電阻CC—儲能電容Lr—上升時間形成電感

圖7綜合試驗波

（a）1.2/50μs開路電壓波形（按IEC60?1波形規定）

波前時間：T1=1.67×T=1.2μs±30％

半峰值時間：T2=50μs±20％(b)8/20μs短路電流波形（按IEC60?1波形規定）

波前時間：T1=1.25×T=8μs±30％

半峰值時間：T2=20μs±20％

（1）主要用于電源線路試驗的1.2/50μs（電壓波）和8/20μs（電流波）的綜合波發生器

圖6是綜合波發生器的簡圖。發生器的波形則見圖7所示。

對試驗發生器的基本性能要求是：

　　開路電壓波：1.2/50μs；

　　短路電流波：8/20μs。

開路輸出電壓（峰值）：0.5kV～4kV

短路輸出電流（峰值）：0.25kA～2kA

發生器內阻：2Ω（可附加電阻10或40Ω,以便形成12或42Ω的發生器內阻）

　　浪涌輸出極性：正/負

浪涌移相范圍：0°～360°

最大重復率：至少每分鐘1次

（2）用于通信線路試驗的10/700μs浪涌電壓發生器

發生器的基本線路見圖8所示。相應的電壓浪涌

圖8CCITT電壓浪涌發生器

U—高壓電源Rm—阻抗匹配電阻（Rm1=150Ω；Rm2=25Ω)RC—充電電阻CC—儲能電容（20μF）

CS—上升時間形成電容0.2μF）

RS—脈沖持續期形成電阻（50Ω）

S1—當使用外部匹配電阻時，此開關應閉合

波形見圖9所示。

圖9CCITT電壓浪涌波形

波前時間：T1=1.67×T=10μs±30％

半峰值時間：T2=700μs±20％

發生器的基本性能要求是：

開路峰值輸出電壓（峰值）：0.5kV～4kV

動態內阻：40Ω

輸出極性：正/負

4．4試驗方法

由于浪涌試驗的電壓和電流波形相對較緩，因此對試驗室的配置比較簡單。對于電源線上的試驗，都是通過耦合/去耦網絡來完成的。圖10給出了單相電路的試驗線路。對于通信線路上的試驗，則和被試電路有關，不一一列出。

試驗中要注意以下幾點：

●試驗前務必按照制造商的要求加接保護措施。

●試驗速率每分種1次，不宜太快，以便給保護器件有一個性能恢復的過程。事實上，自然界的雷擊現象和開關站大型開關的切換也不可能有非常高的重復率現象存在。

●試驗，一般正/負極性各做5次。

●試驗電壓要由低到高逐漸升高，避免試品由于伏安非線性特性出現的假象。另外，要注意試驗電壓不要超出產品標準的要求，以免帶來不必要的損壞。

4．5試驗的嚴酷度等級

各等級電源線路的試驗電壓值見表5。

表5嚴酷度等級

試驗的嚴酷度等級取決于環境及安裝條件，下面是一般的分級情況：

1級較好的保護環境，浪涌電壓不超過500V，如工廠或電站中的控制室；

2級保護環境比1級稍差，浪涌電壓不超過1kV,如無強干擾的工廠；

3級一般性的電磁騷擾環境，無特殊安裝要求，浪涌不超過2kV，如普通安裝的電纜網絡，工業性的工作場所和變電所等；

4級受嚴重騷擾的環境，浪涌電壓可以達到4kV，如民用架空線，未加保護的高壓變電所等；

X級為特殊等級，應根據用戶的特殊要求，由制造商和用戶協商后確定。

4．6標準的評述

現在有不少標準都提到要用1.2/50μs的雷擊波做試驗的情況，但是標準不同，做試驗的目的也不同，例如高壓試驗（IECpub5260270）也提到了雷擊試驗，但用于做脈沖耐壓試驗，所以用到的發生器是高電壓和高阻抗的。亦即，發生器的電壓較高，但能量并不算大。反之，對IEC61000－4－5（GB/T17626.5）標準來說，強調的是做在線設備的抗浪涌性能試驗，由于線路的阻抗比較低，因此發生器的輸出阻抗也要求低，這樣看來，適用于做這個標準的發生器，除了要有足夠高的輸出電壓外，還要求發生器有輸出阻抗低和輸出能量大的特點。也就是說，這是兩種截然不同的試驗，絕對不能混為一談。

5IEC61000－4－6（GB/T17626.6）由射頻場感應所引起的傳導騷擾

5．1傳導騷擾的起因

在通常情況下，被干擾設備的尺寸要比干擾頻率的波長短得多，而設備的引線（包括電源線、通信線和接口電纜等）的長度則可能與干擾頻率的幾個波長相當，這樣，這些引線就可以通過傳導方式（最終以射頻電壓和電流所形成的近場電磁騷擾在設備內部）對設備產生干擾。

5．2試驗目的

通過本標準所規定的試驗，評價電氣和電子設備對由射頻場感應所引起的傳導騷擾的抗擾度。

注：對沒有傳導電纜（如電源線、信號線或地線）的設備，不需要進行此項試驗。

5．3模擬試驗

模擬試驗的頻率范圍為150kHz～80MHz。當試品尺寸較小時，可將上限頻率擴展到230MHz。

此外，為提高試驗的難度，試驗中要用1kHz的正弦波進行幅度調制，調幅深度為80％。

5．4試驗的嚴酷度等級

升等級的試驗電壓見表6。

表6嚴酷度等級

嚴酷度等級的分類情況與IEC61000－4－3（GB/T17626.3）相同。

5．5基本試驗儀器

傳導騷擾的試驗儀器的組成框圖如圖11所示。

（1）射頻信號發生器（帶寬150kHz～230MHz，有調幅功能，能自動或手動掃描，掃描點上的留駐時間可設定，信號的幅度可自動控制）。

（2）功率放大器（取決于試驗方法及試驗的嚴酷度等級）。

圖10單相系統的試驗線路

（a）用于線與線之間的耦合，發生器輸出浮置

(b)用于線與線之間的耦合，發生器輸出接地

圖11傳導騷擾的試驗儀器

G1：RF發生器T1：可調衰減器PA：寬帶功率放大器

T2：固定衰減器（6dB）LPF/HPF：低通濾波器或高通濾波器

S1：RF開關

（3）低通和高通濾波器（用于避免信號諧波對試品產生干擾）。

（4）固定衰減器（衰減量固定為6dB。用以減少功放至耦合網絡間的不匹配程度，安裝時盡量靠近耦合網絡)。

　　上述儀器如配上電子毫伏計、計算機等可組成自動測試系統。

5．6試驗方法

試驗一般可在屏蔽室內進行。

干擾的注入方式有：耦合/去耦網絡（在作電源線試驗時常用，當信號線數目較少時也常采用）；電流鉗和電磁耦合鉗（特別適合于對多芯電纜的試驗。其中電磁耦合鉗在1.5MHz以上頻率時對試驗結果有良好的再現性；當頻率高于10MHz時，電磁耦合鉗比常規的電流鉗有較好的方向性，并且在輔助設備信號參考點與參考接地板之間不再要求有專門的阻抗，因此使用更方便）。

5．710V等級時，注入方式與功率放大器之間的關系（僅供參考）

10V等級時，注入方式與功率放大器的關系見表7。

表710V等級時，注入方式與功率放大器的關系

6IEC61000－4－11（GB/T17626.11）電壓跌落、短時中斷和電壓漸變的抗擾度試驗

6．1干擾的起因

電壓瞬時跌落、短時中斷是由電網、變電設施的故障或負荷突然出現大的變化所引起的。在某些情況下會出現兩次或更多次連續的跌落或中斷。電壓變化是由連接到電網的負荷連續變化引起的。

這些現象本質上是隨機的，其特征表現為偏離額定電壓并持續一段時間。電壓瞬時跌落和短時中斷不總是突發的，因為與供電網絡相連的旋轉電機和保護元件有一定的反作用時間。如果大的電源網絡斷開（一個工廠的局部或一個地區中的較大范圍），電壓將由于有很多旋轉電機連接到電網上使之逐步降低。因為這些旋轉電機短期內將作為發電機運行，并向電網輸送電力，這就產生了電壓漸變。

作為大多數數據處理設備，一般都有內置的斷電檢測裝置，以便在電源電壓恢復以后，設備按正確方式起動。但有些斷電檢測裝置對于電源電壓的逐漸降低卻不能快速作出反應，結果導致加在集成電路上的直流電壓，在斷電檢測裝置觸發以前已降低到最低運行電壓水平之下，由此造成了數據的丟失或改變。這樣，當電源電壓恢復的時候，這個數據處理設備就不能正確再起動。

6．2試驗目的

IEC61000－4－11標準規定了不同類型的試驗來模擬電壓的突變效應，以便建立一種評價電氣和電子設備在經受這種變化時的抗擾性通用準則。其中對電壓漸變作為一種型式試驗，根據產品或有關標準的規定，用在特殊的和認為合理的情況下。

6．33個專門的術語

（1）電壓瞬時跌落指在電氣系統的某一點，電壓突變下降，在經歷了半個周期到幾秒鐘的短暫持續期后，又恢復正常。

（2）短時中斷指供電電壓消失一段時間，一般不超過1min。短時中斷可認為是100％的幅值瞬時跌落。

（3）電壓漸變指供電電壓逐漸變得高于或低于額定電壓，變化的持續時間相對周期來說，可長可短。

6．4試驗的電壓等級

試驗的電壓等級分為兩種(見圖12和表8，表9)

表8電壓跌落和短時中斷的試驗等級

6.5試驗儀器

主要指標包括：

輸出電壓：精度±5％；

輸出電流能力：100％UT時≤16A,其他輸出電壓

圖12 電壓漸變試驗例

圖13用電子開關控制兩個獨立調壓器的結構方式圖

14用波形發生器和功率放大器構成試驗發生器的形式

時能維持恒功率，如70％UT時≤23A；40％UT時≤40A；

峰值起動電流能力：不超過500A（220V電壓時）：250A（100V～120V電壓時）；

突變電壓的上升或下降時間：1μs～5μs（接100Ω負載）；

相位：0°～360°（準確度為±10°）；

輸出阻抗呈電阻性，并應盡可能小。

實現上述功能的試驗儀器有兩種基本格式，分別見圖13和圖14所示。

圖13是一種價格相對比較便宜的試驗發生器形式，當兩個開關同時分斷時，便中斷輸出電壓（中斷時間可事前設定）；當兩個開關交替閉合時，便可模擬電壓的跌落或升高。發生器的開關可以由晶閘管或雙向晶閘管構成，控制線路通常做成在電壓過零處接通和電流過零處斷開，所以這種線路只能模擬電壓切換的初始角度為0°和180°的情況，即使如此，由于儀器價格較低，也能滿足一般電氣與電子產品對電網騷擾的抗擾度試驗需要，仍然獲得了廣泛的應用。

圖14的這種發生器結構比較復雜，造價也貴，但波形失真小，電壓切換的相位角度可以任意設定，也比較容易實現電壓漸變的試驗要求。

6．6試驗方法

根據選定的試驗等級及持續時間進行試驗。試驗一般做3次，每次間隔時間為10s。

試驗在典型的工作狀態下進行。

如果要規定電壓在特定角度上進行切換，應優先選擇45°，90°，135°，180°，225°，270°和315°。一般選0°或180°。

對于三相系統，一般是一相一相地進行試驗。特殊情況下，要對三相同時做試驗，這時要求有3套試驗儀器同步進行試驗。

[編者注]有關試驗場地及試驗室設備、導線布置方面的內容，必要時請與作者聯系。