機(jī)床商務(wù)網(wǎng)
技術(shù)文章
電快速瞬變脈沖群的抗干擾測試（EFT測試）
閱讀：1185 發(fā)布時(shí)間：2010-11-23快速瞬變脈沖群的抗干擾測試（EFT）
快速瞬變脈沖群的抗干擾測試（EFT）
IEC61000-4-4（GB/T17626.4）快速瞬變脈沖群的抗干擾測試（EFT）
1 快速瞬變脈沖群的起因及后果
電路中，機(jī)械開關(guān)對(duì)電感性負(fù)載的切換，通常會(huì)對(duì)同一電路的其它電氣和電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。這類干擾的特點(diǎn)是：脈沖成群出現(xiàn)、脈沖的重復(fù)頻率較高、脈沖波形的上升時(shí)間短暫、單個(gè)脈沖的能量較低。實(shí)踐中，因電快速瞬變脈沖群造成設(shè)備故障的機(jī)率較少，但使設(shè)備產(chǎn)生誤動(dòng)作的情況經(jīng)常可見，除非有合適的對(duì)策，否則較難通過。
2 試驗(yàn)?zāi)康?/a>
進(jìn)行快速瞬變脈沖群試驗(yàn)的目的是要對(duì)電氣和電子設(shè)備建立一個(gè)評(píng)價(jià)抗擊快速瞬變脈沖群的共同依據(jù)。
圖2 電快速瞬變脈沖群
（a）接50Ω負(fù)載時(shí)單個(gè)脈沖波形（b）單脈沖重復(fù)周期（c）脈沖群周期
3 快速瞬變脈沖群的模擬
圖1給出了快速瞬變脈沖群的發(fā)生器基本線路。脈沖群的波形則參見圖5所示。
對(duì)快速瞬變脈沖群的基本要求是：
脈沖的上升時(shí)間（指10％～90％）：5ns±30％;
脈沖持續(xù)時(shí)間（上升沿的50％至下降沿的50％）：50ns±30％;
脈沖重復(fù)頻率：5kHz或2.5kHz;
脈沖群的持續(xù)時(shí)間：15ms;
脈沖群的重復(fù)周期：300ms;
發(fā)生器的開路輸出電壓（峰值）：（0.25～4）kV;
發(fā)生器的動(dòng)態(tài)輸出阻抗：50Ω±20％;
輸出脈沖的極性：正/負(fù);
與電源的關(guān)系：異步。
4 試驗(yàn)配置
有兩種類型的試驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的型式試驗(yàn)和設(shè)備安裝完畢后的現(xiàn)場試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定*種試驗(yàn)是優(yōu)先采用的試驗(yàn)；對(duì)于第二種試驗(yàn)，只有制造商和用戶達(dá)成一致意見時(shí)，方才采用。
快速瞬變脈沖群試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室配置與靜電放電試驗(yàn)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(duì)臺(tái)式設(shè)備，在臺(tái)面上不要鋪設(shè)金屬板。
5 試驗(yàn)方法
（1）對(duì)電源線的試驗(yàn)（包括交流和直流），通過耦合與去耦網(wǎng)絡(luò)，用共模方式，在每個(gè)電源端子與zui近的保護(hù)接地點(diǎn)之間，或與參考接地板之間加試驗(yàn)電壓。
（2）對(duì)控制線、信號(hào)線及通信設(shè)備，用共模方式，通過電容耦合夾子來施加試驗(yàn)電壓。
（3）對(duì)于設(shè)備的保護(hù)接地端子，試驗(yàn)電壓加在端子與參考接地之間。
試驗(yàn)每次至少要進(jìn)行1min，而且正/負(fù)極性都屬必須。
6 試驗(yàn)的嚴(yán)酷度等級(jí)
該試驗(yàn)的嚴(yán)酷度等級(jí)見表4。
表1嚴(yán)酷度等級(jí)
等級(jí) 電源線上（kV） 信號(hào)線上（5kHz）（kV）
1234X 0.5（5kHz）1（5kHz）2（5kHz）4（2.5kHz） 0.250.512待定
表內(nèi)：電壓指脈沖群發(fā)生器信號(hào)貯能電容上的電壓；頻率指脈沖群內(nèi)脈沖的重復(fù)頻率。
嚴(yán)酷度等級(jí)的大體分類是：
1級(jí)保護(hù)良好環(huán)境下的設(shè)備（如計(jì)算機(jī)機(jī)房）；
2級(jí)通常有保護(hù)環(huán)境下的設(shè)備（如工廠中的計(jì)算機(jī)機(jī)房和控制室）；
3級(jí)無保護(hù)環(huán)境下的設(shè)備（如公用電網(wǎng)、工廠、變電站）；
4級(jí)有嚴(yán)重騷擾環(huán)境下的設(shè)備（如采用氣體絕緣的開關(guān)或真空開關(guān)的變電站）。
7 試驗(yàn)的評(píng)述和標(biāo)準(zhǔn)的今后發(fā)展趨勢
試驗(yàn)的原理是利用脈沖群對(duì)線路分布電容能量的積累效應(yīng)，當(dāng)能量積累到一定程度就可能引起線路（乃至設(shè)備）工作出錯(cuò)。通常可以用試驗(yàn)中的線路一旦出錯(cuò)，就會(huì)連續(xù)不斷地出錯(cuò)，即使把脈沖電壓稍稍降低，出錯(cuò)情況依然不斷的現(xiàn)象來加以解釋。
今后發(fā)展趨勢是脈沖的重復(fù)頻率提高，但脈沖群的長度縮短，使每群脈沖個(gè)數(shù)基本保持不變。
EFT測試時(shí)干擾施加方式詳解
EFT測試時(shí)，有L1、L2、L3、N及PE等端口。PE和大地是兩個(gè)概念,電快速脈沖干擾是共模性質(zhì)的，在標(biāo)準(zhǔn)提供的實(shí)驗(yàn)設(shè)置圖中可以看到從試驗(yàn)發(fā)生器來的信號(hào)電纜芯線通過可供選擇的耦合電容加到相應(yīng)的電源線（L1、L2、L3、N及PE）上，信號(hào)電纜的屏蔽層則和耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)的機(jī)殼相連，機(jī)殼則接到參考接地端子上。
這就表明脈沖群干擾實(shí)際上是加在電源線與參考大地之間，因此加在電源線上的干擾是共模干擾
而對(duì)于采用耦合夾的實(shí)驗(yàn)方式來說，電快速脈沖將通過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(duì)參考接地板來說的。% a6 m） J' P; K8 _
因此，通過耦合夾對(duì)受試電纜所施加的干擾仍然是共模性質(zhì)的。確定了干擾的性質(zhì)，那么我們就可以采取相應(yīng)的措施使設(shè)備順利通過實(shí)驗(yàn)。那么我們不難看出，電源濾波器中所使用的X電容（差模電容）對(duì)于EFT干擾是沒有抑制作用的。（這段本人不同意作者的提法，eft表面看是共模，實(shí)際上有耦合到線上的干擾不平衡，這就是差模。Cx差模電容作用不大，是因?yàn)椋}沖群主要是高頻，差模電容在高頻是已經(jīng)諧振完了，不再是純?nèi)菪云骷?span lang="EN-US">--劉淵正注）- |4 I! r5 X2 E; _# H5 _7 Y/ _
如果設(shè)備是金屬外殼，Y電容（共模電容）會(huì)起作用，將高頻EFT旁路到外殼上面，然后通過設(shè)備外殼和參考地間的分布電容回到信號(hào)源，從而不會(huì)進(jìn)入電路。） f6 ~$ t6 T4 E, v3 M7 n
電快速脈沖干擾導(dǎo)致設(shè)備失效的機(jī)理根據(jù)國外學(xué)者對(duì)脈沖群干擾造成設(shè)備失效的機(jī)理的研究，單個(gè)脈沖的能量較小，不會(huì)對(duì)設(shè)備造成故障。但脈沖群干擾信號(hào)對(duì)設(shè)備線路結(jié)電容充電，當(dāng)上面的能量積累到一定程度之后，就可能引起線路（乃至系統(tǒng)）的誤動(dòng)作。
因此，線路出錯(cuò)會(huì)有個(gè)時(shí)間過程，而且會(huì)有一定偶然性（不能保證間隔多少時(shí)間，線路一定出錯(cuò)，特別是當(dāng)試驗(yàn)電壓達(dá)到臨界點(diǎn)附近時(shí)）。而且很難判斷究竟是分別施加脈沖，還是一起施加脈沖，設(shè)備更容易失效。也很難下結(jié)論設(shè)備對(duì)于正向脈沖和負(fù)向脈沖哪個(gè)更為敏感。
實(shí)踐表明，一臺(tái)設(shè)備往往是某一條電纜線，在某一種試驗(yàn)電壓，對(duì)某個(gè)極性特別敏感。實(shí)驗(yàn)顯示，信號(hào)線要比電源線對(duì)電快速脈沖干擾敏感得多。
設(shè)備通過電快速脈沖測試的有效措施首先我們先分析一下干擾的注入方式：EFT干擾信號(hào)是通過耦合去耦網(wǎng)絡(luò)中的33nF的電容耦合到主電源線上面（而信號(hào)或控制電纜是通過電容耦合夾施加干擾，等效電容是100pF）。對(duì)于33nF的電容，它的截止頻率為100K，也就是100KHZ以上的干擾信號(hào)可以通過；而100pF的電容，截止頻率為30M，僅允許30MHz頻率以上的干擾通過。電快速脈沖的干擾波形為5ns/50ns，重復(fù)頻率5K，脈沖持續(xù)時(shí)間15ms，脈沖群重復(fù)周期300ms。根據(jù)傅立葉變換，它的頻譜是從5K--100M的離散譜線，每根譜線的距離是脈沖的重復(fù)頻率。
EFT/B通過對(duì)AC輸入的3口端子輸入到設(shè)備內(nèi)部，由于EFT/B具有很豐富的頻譜，空間耦合能力很強(qiáng)，所以對(duì)于系統(tǒng)采用AC-DC作為二級(jí)電源的設(shè)備來說，由電源輸入端到開關(guān)電源的L、N、PE線就成了很強(qiáng)的干擾源，而在此次測試的設(shè)備中，弱電布線距離強(qiáng)電的距離很小，為EFT/B的耦合提供了便利。作為猜想的驗(yàn)證，把強(qiáng)弱電走線大距離分開，尤其是PE線走線距離調(diào)整為zui短后，EFT/B測試順利通過。
為了應(yīng)對(duì)EFT/B測試及相類似的干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在我們的設(shè)計(jì)中不妨注意如下幾點(diǎn)：
1、在PCB層次，電源輸入位置要做好濾波，通常采用的是大小電容組合，根據(jù)實(shí)際情況可以酌情再添加一級(jí)磁珠來濾除高頻。
2、在綜合布線中，要注意強(qiáng)弱電的布線隔離、信號(hào)線與功率線的隔離、“干凈”線與“不干凈”線的布線隔離。綜合布線是系統(tǒng)很重要的一個(gè)設(shè)計(jì)組成部分，一個(gè)糟糕的綜合布線格局很可能斷送一個(gè)設(shè)計(jì)精良的PCB的穩(wěn)定性。
知道以上幾點(diǎn)，施加干擾的耦合電容扮演了一個(gè)高通濾波器的角色，因?yàn)殡娙莸淖杩闺S著頻率的升高而下降，那么干擾中的低頻成分不會(huì)被耦合到EUT，而只有頻率較高的干擾信號(hào)才會(huì)進(jìn)入EUT。當(dāng)我們?cè)?span lang="EN-US">EUT電路中再加入共模電感（特別要注意的是，這里的共模電感一定要加在主電源線及其回線上，否則會(huì)發(fā)生飽和從而達(dá)不到衰減干擾的目的）就可以衰減掉一些高頻干擾成分，因?yàn)殡姼械淖杩闺S著頻率的增加而升高。因此，實(shí)際施加到EUT上面的干擾信號(hào)只有中間頻率部分。