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技術(shù)文章
IEC61000-4-4（GB/T17626.4）
閱讀：1345 發(fā)布時間：2010-11-29電快速瞬變脈沖群的抗干擾度試驗系統(tǒng)
IEC61000-4-4（GB/T17626.4）
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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，通常會對同一電路中的其他電氣和電子設備產(chǎn)生干擾。這類干擾的特點是：脈沖成群出現(xiàn)、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(chǎn)生誤動作的情況經(jīng)常可見，除非有合適的對策，否則較難通過。
2.試驗目的
進行電快速瞬變脈沖群實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(jù)。
3.群脈沖發(fā)生器主要技術(shù)參數(shù)
是按照電氣、電子產(chǎn)品對于電快速瞬變脈沖群試驗的特點和要求而專門設計的，具有可靠性好、性能穩(wěn)定、使用方便等特點。設備的指標符合IEC61000-4-4、EN60100-4-4和GB/T17626.4標準的要求。
技術(shù)特點：
EFT-4003G
● 電子式高壓電源，電壓穩(wěn)定精度高。
● 正負極性自動切換。
● 內(nèi)置智能型耦合去耦網(wǎng)絡。
● 內(nèi)置IEC61000-4-4四種標準試驗等級。
● 脈沖形成電路中采用日本無感大功率電阻，確保脈沖波形穩(wěn)定性和可靠性。
● 內(nèi)置單片機控制，穩(wěn)定可靠，操作方便。
●主開關采用德國原裝電子開關，無接觸壽命問題。
● 脈沖干擾疊加軟件控制，無須人為操作。
主要技術(shù)參數(shù)： Specifications
項目EFT-4003G
輸出電壓0 ～± 4500V
脈沖頻率2.5～300kHz±10％ 2.5kHz～100kHz可以連續(xù)可調(diào)
脈沖極性正或負，正負交替
內(nèi)阻50 Ω± 20%
脈沖前沿5ns ± 30%
脈沖寬50Ω50ns ± 30%
1kΩ35 ns----135 ns
脈沖串長度15ms@2.5kHz/5kHz；750us@100kHz；250us@300kHz
脈沖串周期300mS
脈沖注入相位0～359°
內(nèi)置標準等級IEC61000-4-4四種標準試驗等級
智能型網(wǎng)絡全自動迭加三相五線,16A
工作電源 PowerAC 220V ± 10% 50/60Hz
環(huán)境溫度Operating temp.15 ℃ -35 ℃
外形尺寸（D×W×H）mm460*520*220 mm
4.電容耦合夾主要技術(shù)參數(shù)（EFTC）
EFTC電容耦合夾能與群脈沖發(fā)生器（EFT-4000、EFT-4001、EFT-4002 EFT-4001G）配合使用，在設備的輸入、輸出、控制線、數(shù)據(jù)線上疊加干擾，進行系統(tǒng)抗干擾試驗。性能*符合IEC61000-4-4和GB/T17626.4的標準要求
EFTC
耦合電容50～200pF
絕緣能力＞5kV
5.試驗配置
有兩種類型的試驗：實驗室的型式試驗和設備安裝完畢后的現(xiàn)場試驗。標準規(guī)定*試驗是優(yōu)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，在臺面上不需要鋪設金屬板。
6. 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗示意圖
電快速瞬變脈沖群（ EFTB）抗擾度試驗作為電磁兼容試驗中的一個重要組成部分己經(jīng)有20年的歷史，期間，試驗人員從脈沖群試驗沖獲得了許多經(jīng)驗，同時也發(fā)現(xiàn)了一些不足的地方，尤其是不同發(fā)生器之間、以及一般用戶與試驗站之間試驗結(jié)果的一致性問題現(xiàn)今，一個新的標準草案已經(jīng)頒布，其中有一些新的規(guī)定，相信對解決上述問題有非常重要的作用
自從上*個電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗標準 IEC801-4 ： 1984 頒布以來，受到了上的廣泛注意，納入眾多的產(chǎn)品族和產(chǎn)品標準，成為一個重要的抗干擾測試手段在我國，現(xiàn)行的電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗標準是 GB/T17626.4-1998 ，它對應于標準 IEC61000-4-4 ： 1995
由于電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗是眾多抗擾度試驗中使用次數(shù)zui多，同時也是比較難于通過的一個試驗，所以這項試驗也是試驗人員、產(chǎn)品設計人員議論zui多的一項試驗議論的重點是試驗的重復性和可比性較差，往往是企業(yè)自己做的試驗結(jié)果與試驗站相距甚遠，對此作者曾專門著文討論這個問題，企業(yè)試驗人員對此反映較好，認為對提高試驗的準確性起到了積極作用
作者近日通過對 IEC61000-4-4 標準草案（ FDIS 文件）的閱讀，對電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗有了更新的認識，覺得新標準草案對脈沖群波形的要求、對校驗信號發(fā)生器的方法、對試驗方法的細節(jié)都有了新的規(guī)定，作者認為標準草案的這些規(guī)定對規(guī)范試驗，提高試驗的可比性和重復性很有好處今將標準草案閱讀中發(fā)現(xiàn)的不同部分整理出來，并加上作者對它的一些評述，希望對企業(yè)人員理解標準和正確掌握試驗方法能有所幫助
表 2. 新標準草案的試驗等級
從這兩張表格對比可以看出，新標準草案的嚴酷度要高于原先的標準，主要是試驗頻率有了變化，將原先的 2.5kHz 取消了，一律取 5kHz 和 100kHz 兩種因此，標準草案所規(guī)定的單位時間內(nèi)的脈沖密集程度有了增加，這對設備試驗的嚴酷程度是一種增加
2- 試驗設備
2.1 脈沖群發(fā)生器
在脈沖群發(fā)生器中，原標準與新的標準草案在發(fā)生器組成的主要元件上有一個明顯區(qū)別：原標準講的是火花氣隙（ spark gap ）；新的標準草案講的是高電壓開關（ high voltage switch ）事實上，當代的脈沖群發(fā)生器里的脈沖形成器件，無一例外，都是采用高壓電子開關這一改變，對提高脈沖群發(fā)生器工作的穩(wěn)定性，從及提高試驗脈沖的頻率起到了關鍵的作用
在 IEC61000-4-4 ： 1995 標準的附錄 A 中，曾經(jīng)有一段文字提到了采用火花氣隙充當脈沖形成器件的弊病：
“由于火花氣隙在低于 1kV 時的機械和電氣上的不穩(wěn)定，所以對低于 2kV 的試驗電壓要通過分壓器來得到”
“脈沖群沖單個脈沖的重復頻率的實際值為 10kHz 到 1MHz ，然而廣泛調(diào)查的結(jié)果表明，采用固定調(diào)節(jié)火花氣隙的發(fā)生器難以再現(xiàn)這種相對較高的重復頻率，因此標準規(guī)定了頻率較低的、有代表性的脈沖”
所以在脈沖群試驗標準制定過程中，把脈沖頻率定為 2.5kHz 和 5kHz 實在是有一點不得以而為之的味道隨著脈沖形成器件的更新，特別是高速高壓電子開關的選用，把脈沖頻率提高到 5kHz 和 100kHz 是理所當然的事情，使得脈沖群抗擾度試驗更加切合實際的干擾情況
2.2 脈沖群發(fā)生器的特性參數(shù)
與原標準相比，在標準草案中對發(fā)生器特性參數(shù)規(guī)定的zui大不同表現(xiàn)為兩點：其一，標準草案給出了兩種不同負載條件下的輸出電壓范圍， 1000 Ω負載的輸出電壓為 0.24kV ～ 3.8kV ； 50 Ω負載的輸出電壓為 0.125V ～ 2kV 其二，標準草案將在 50 Ω負載上的每個 2kV 脈沖提供的能量為 4mJ 取消了，代之以脈沖發(fā)生器性能的可比性由下列要求（見表 3 ）加以保證：
表 3. 新標準草案對脈沖群發(fā)生器特性參數(shù)的要求
在表 3 中還可以看到一點：脈沖的重復頻率提高并不會造成對受試設備注入能量的增加，這是因為重復頻率自 5kHz 提高到 100kHz （頻率提高了 20 倍），但脈沖群的持續(xù)時間卻從 15ms 縮減到 0.75ms （持續(xù)時間縮減到原來的二十分之一），因此注入受試設備的脈沖總量沒變（仍為 75 個），注入受試設備的*量也就沒變，只是單位時間內(nèi)的脈沖密集程度有了增加考慮到國外專家對脈沖群試驗的故障機理解釋為是干擾脈沖對線路結(jié)電容的充電，脈沖頻率越高，單位時間內(nèi)的脈沖個數(shù)越多，對結(jié)電容的電荷積累也越快，越容易達到線路出錯的閾限因此，新的標準草案把測試頻率提高，其本質(zhì)上也是將試驗的嚴酷程度有所提高
2.3 發(fā)生器性能校驗
對發(fā)生器的性能必須進行校驗，以便對所有參與做試驗的試驗發(fā)生器的性能建立一個共同依據(jù)校驗可采用下列步驟：
在試驗發(fā)生器的輸出端依次分別接入 50 Ω和 1k Ω的同軸衰減器，并用示波器加以監(jiān)測監(jiān)測用示波器的－ 3dB 帶寬，以及體現(xiàn)試驗發(fā)生器負載的 50 Ω和 1k Ω的同軸衰減器的頻率響應要求達到 400MHz 以上其中 50 Ω是試驗發(fā)生器的匹配負載； 1k Ω試驗負載則體現(xiàn)了發(fā)生器的一個復合負載不同的試驗發(fā)生器只有在兩種的負載條件下?lián)碛邢嗤匦裕拍鼙ＷC在實際的抗擾度試驗中有相互可比的試驗結(jié)果
校驗中要測量單個脈沖的上升時間、持續(xù)時間和重復頻率；以及脈沖群的持續(xù)時間和重復周期，詳細記錄在案
在表 4 中，對每一個設定電壓分別給出了在 50 Ω負載上測得的輸出電壓 V p （ 50 Ω） 以及 1k Ω負載上測得的輸出電壓 V p （ 1k Ω） 其中 V p （ 50 Ω） 的幅值容差為 0.5V p （開路輸出電壓） ± 10% ； V p （ 1k Ω） 的幅值容差為 V p （ 1k Ω） ± 20% 測量中要保證分布電容為zui小
用于電源線抗擾度試驗的耦合 / 去耦網(wǎng)絡，在原標準與新的標準草案中有一個zui大的不同點，前者是對逐根電源線做共模抗干擾試驗；后者是對所有電源線路同時做共模抗干擾試驗分別見圖 1a 和圖 1b 所示
對于耦合 / 去耦網(wǎng)絡的性能，新標準草案只從試驗的角度，提出了對特性參數(shù)的要求:
為了保證在交流 / 直流電源端口試驗中使用的耦合 / 去耦網(wǎng)絡性能合格，光有上述基本要求是不夠的，還必須對耦合 / 去耦網(wǎng)絡的共模輸出波形進行校驗校驗時發(fā)生器的輸出電壓設置為 4kV 發(fā)生器的輸出接耦合 / 去耦網(wǎng)絡的輸入，耦合 / 去耦網(wǎng)絡的輸出接 50 Ω負載，記錄峰值電壓和波形校驗要在每一條耦合 / 去耦通路上進行測量結(jié)果應該是：脈沖的上升時間為 5ns ± 30% ；脈沖持續(xù)時間對 50 Ω為 50ns ± 30% ，峰值電壓在表 4 要求上± 10 %
此外，當被試設備以及電源與網(wǎng)絡脫開時，在耦合 / 去耦網(wǎng)絡輸入端的殘余試驗脈沖不超過所施試驗電壓的 10 %
標準草案對波形校驗結(jié)果一致性的規(guī)定是有重要意義的：實質(zhì)上，只有大體一致的試驗波形才代表試驗波形中的諧波成分及其含量的一致性，只有這樣，才能保證采用不同試驗發(fā)生器時的試驗結(jié)果大體一致
2.5 電容耦合夾
脈沖群對于 I/O 線、信號線、數(shù)據(jù)線和控制線抗擾度試驗是通過電容耦合夾進行的（如果前述耦合 / 去耦網(wǎng)絡不適合使用在 ac/dc 電源端口時，也可采用電容耦合夾的耦合方式來對 ac/dc 電源端口進行試驗）耦合夾的耦合電容取決于電纜的直徑、材料及電纜的屏蔽情況
耦合電容典型值為 100pF ～ 1000pF （原標準是 50pF ～ 200pF ）
3- 試驗配置
3.1 實驗室型式試驗的配置
關于實驗式型式試驗的配置，在原標準與新的標準草案里有兩張非常相似的圖（分別見本文的圖 2a 和圖 2b ）但當你在仔細觀察這兩張圖時，還是能發(fā)現(xiàn)這兩張圖的差別，zui大的不同出現(xiàn)在這兩張圖的左側(cè)，是關于臺式設備的試驗配置
按照新標準草案的配置，無論是地面安裝設備、臺式設備、以及其他結(jié)構(gòu)形式的設備，都將放置在一塊參考接地板的上方被試設備與參考接地板之間用 0.1m ± 0.01m 厚的絕緣支撐物隔開新標準草案規(guī)定，凡是安裝在天花板上或是墻壁上的設備都按臺式設備來做試驗新標準草案還規(guī)定，試驗發(fā)生器和耦合 / 去耦網(wǎng)絡也直接放在參考接地板上，并與參考接地板保持低阻抗連接
新標準草案的這些變化顯得尤其重要：首先將試驗發(fā)生器和耦合 / 去耦網(wǎng)絡直接放置在參考接地板上，并且和參考接地板相連，是因為脈沖群試驗對被試線路進行共模試驗，是將干擾加在被試線路與大地之間的試驗，而試驗中的參考接地板就代表了大地所以將試驗發(fā)
生器和耦合 / 去耦網(wǎng)絡放在參考接地板上是由試驗的性質(zhì)決定的，為了不使脈沖群干擾產(chǎn)生過多衰減，試驗發(fā)生器、耦合 / 去耦網(wǎng)絡與參考接地板的連接應當是低阻抗的
新標準草案指出與被試設備連接的所有電纜要放在離地高度為 0.1m 的絕緣支架上明確這一點也很重要，因為被試設備的連接電纜與參考接地板之間構(gòu)成了一個分布電容，不一樣的離地高度，構(gòu)成的分布電容也是不同的不同的分布電容，對脈沖群高頻諧波從連接電纜上的逸出情況也將是不一樣的，會直接影響試驗結(jié)果
新標準草案對臺式設備試驗配置方式的改變，則對臺式設備的試驗嚴酷度以及試驗結(jié)果的一致性有了極大提高按照原標準的試驗配置，臺式設備放在木頭桌子上，試驗發(fā)生器放在參考接地板上（試驗發(fā)生器的接地端子以低阻抗與參考接地板連接），迭加了干擾電壓的電源線則從地面處再伸展到臺式設備的電源輸入端因此電源線的實際離地高度要在 80cm 以上，使得電源線相對參考平面的阻抗不能固定（不同的擺放位置有不同的阻抗），而且電源線過大的高頻阻抗（相對于電源線離開參考地平面為 10cm 的布局來說），使得電源線上的脈沖群干擾的高頻成分大量逸出，導致實際進入被試設備的干擾變?nèi)跻虼死迷瓨藴屎托聵藴什莅柑峁┑脑囼炁渲脤ν慌_設備做試驗時，可以得出截然不同的結(jié)果
此外，新標準草案特別指出，在耦合裝置與被試設備之間的電源線和信號線的長度為 0.5m ± 0.05m ，而不是原標準規(guī)定的≤ 1m 很顯然，原標準所給出的長度不明確，從 0 ～ 1m 都屬適合范圍，但是不同的線長，脈沖群高頻諧波的逸出情況是不同的，被試設備受到的干擾實際上是在線上的傳導干擾和逸出到空間的輻射干擾的綜合結(jié)果不同的線長，被試設備受到的傳導干擾和輻射干擾的比例是不同的，沒法保證試驗結(jié)果的可比性因此，明確被試線路的長度，對試驗結(jié)果的可比性、一致性特別重要
新標準草案還規(guī)定，如果制造商提供的不可拆卸的電源電纜的長度超過 0.5m ± 0.05m ，超長的電纜應折疊起來，避免成為一個扁平線圈，同時擺放在離參考接地板 0.1m 高的地方而不是原標準規(guī)定的電源電纜超過 1m 時，超長部分挽成一個直徑為 0.4m 的扁平線圈，平放在離參考接地板 0.1m 高的地方顯然新標準草案的提法比較合理，對超長線的處理也比較容易
在新標準草案中提出了機架安裝設備的試驗配置（見圖 3 所示），這在原標準中是沒有過的新試驗配置方案的提出，避免了由于試驗人員對標準的理解不一所導致的試驗結(jié)果不一
3.2 設備安裝后的現(xiàn)場試驗配置
設備在安裝現(xiàn)場的試驗配置，包括電源端子和 I/O 以及通信端口上的試驗，在新標準草案與原標準中都保持基本不變只是經(jīng)軟線和插頭連接到電源的非固定被試設備在脈沖注入的方法及耦合 / 去耦網(wǎng)絡與被試設備的距離作了與在實驗室配置相類似變更
4- 試驗方法
關于試驗計劃中的試驗時間，在原標準中只寫不低于 1 分鐘而在新標準草案寫道，
為了加速試驗，選擇試驗時間為 1 分鐘試驗時間可以分割成 6 個 10 秒的脈沖群，每次間隔暫停 10 秒鐘在實際的環(huán)境中，脈沖群是隨機發(fā)生的獨立事件，故不傾向于將脈沖群與被試設備的信號同步產(chǎn)品標準的制定委員會可以選擇其他的試驗持續(xù)時間
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常規(guī)電磁兼容知識大匯總：
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2.電磁兼容測試項目及設備配置
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6.電磁兼容指令（EMC）|電磁兼容測試|電磁兼容標準
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8.工頻磁場抗擾度試驗
9.IEC61000-4-4 EFT脈沖群抗擾度試驗的新老標準的不同
10. 電磁兼容emc測試所需基本儀器之要求及其配備
11.脈沖群抗擾度試驗的重復性和可比性
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13.電磁兼容抗干擾測試儀器的校準
14.從脈沖群抗擾度試驗的標準草案看試驗演變情況
15. emc電磁兼容測試的通用儀器
16. 電磁兼容測試的條件與方法
17.電磁兼容測試項目
18.國內(nèi)外電磁兼容標準概況與測試手段簡介
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21.靜電放電抗擾度試驗GB/T17626.2
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24．家電產(chǎn)品ESD、EMC、EMS、EMI輻射、傳導等測試
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28.電磁兼容實驗室方案
29. EMC電磁兼容測試所需基本儀器之要求及其配備
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瞬態(tài)傳導抗繞度測試系統(tǒng)配置方案：
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電磁兼容測試環(huán)境內(nèi)容：
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2． 電磁屏蔽室制造制造和測試參照標準
3． 射頻屏蔽室屏蔽效能的測試
4． 標準三米法EMC暗室
5．電磁屏蔽室建設方案（電磁兼容）
6．屏蔽室建設方案（EMC）
7．軍用電磁兼容屏蔽暗室規(guī)劃和設計
車載電子電磁兼容性內(nèi)容如下：
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3.汽車電子干擾模擬器/汽車電子電磁兼容測試系統(tǒng)/汽車干擾模擬系統(tǒng)
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