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EMC 测试中 EUT 启动异常问题及对策

2020-04-04 22:39电源管理 人已围观

简介1常见问题 被测样品(EUT) 按照 GJB 151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》进行电磁兼容(EMC)检测时,经常碰到的问题是 :EUT 与供电电源直接连接时,能正常启动...

  1常见问题

  
  被测样品(EUT) 按照 GJB 151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》进行电磁兼容(EMC)检测时,经常碰到的问题是 :EUT 与供电电源直接连接时,能正常启动工作 ;但连接 EMC 测量设备后, EUT 无法启动,测量无法正常进行。检查 EMC 测量系统, 连接正确,其电压、电流等额定参数也能满足 EUT 正常工作需求。
  
  该现象通常被认为是测量系统内阻过大引起,为保证实验正常进行,倾向于采购更大电流容量、更低阻抗的各类耦合网络。这样既增加了 EMC 测量设备成本,也影响试验的如期进行。
  图 1 GJB 151B-2013 测试的通用布置
  图 1 GJB 151B-2013 测试的通用布置
  

  2原因分析

  
  图 1 为 GJB 151B-2013 的通用试验布置,为确保各试验项目的顺利实施,试验一般在电波暗室内进行。为保证暗室的屏蔽性能,外部电源需经过暗室高质量电源滤波器才能进入暗室。若 EUT 供电不是 220/380 VAC,50 Hz 时(如 120 V/400 Hz、27 VDC 等),暗室外还需为 EUT 单独配置稳压电源。因此,实验室整个供电配置为 :交流市网电源经稳压电源稳压后,通过暗室滤波器进入暗室内,再由线性阻抗稳定网络(LISN)给 EUT 供电。
  
  在图 1 的供电回路中,暗室滤波器和 LISN 都内置了大电感量电感线圈。若 EUT 内置了开关电源型二次电源, 电源启动时,需要远大于正常工作电流的瞬态电流,而供电回路中的滤波电感抑制了该瞬态电流的幅度,当该抑制过度时,EUT 内置电源可能无法正常启动。
  
  同样,EUT 内置大功率电机时,电机的启动电流是正常工作电流的 5~10 倍,也可能受到供电回路滤波电感的抑制,使得电机无法正常启动。
  
  EUT 由非市网的低压交流(如 120 V/400 Hz)或低压直流(27 VDC)供电时,其正常工作电流已经很大,再加上启动时瞬态电流的放大效应,需要的启动瞬态电流更大, 更容易出现 EUT 测试时的启动瞬态电流偏低,无法正常启动的问题。
  
  按 GJB 151B-2013 进行敏感度项目(如 CS101)试验时,注入干扰的耦合网络一般串联在供电回路上,加剧了这种抑制效应,EUT 更加难以启动。
  

  3改进方案

  
  EUT 电磁兼容检测中常见的启动异常问题,确认测量系统连接无误后,也可能认为是测量系统电流或功率容量不够的原因。但通常会发现暗室滤波器和 LISN 的电流容量已经很大(如 : 50~100 A),而无法启动的 EUT 功率才数百瓦。显然靠增加测量系统电流 / 功率容量难以解决这个问题。下面根据上述原因分析,从供电回路入手,对发射和敏感度测量分别进行讨论。
  
  3.1电磁发射测量
  
  以 GJB 151B-2013 的 CE102 发射测量为例,图 2(不包括虚框部分)为暗室内 CE102 实际测量的配置框图。LISN 内置电感一般为 50 μH,对 EUT 启动影响较小,主要考虑暗室滤波器内置电感对 EUT 启动的影响。
  
  方案一 :供电回路增加容性补偿网络
  
  在暗室内的滤波器入口处增加容性补偿网络,如图 2 虚框部分。该容性补偿网络一般应向原暗室滤波器供应商采购,使其补偿容量与滤波器相匹配,取得最佳补偿效果。
  图 2 CE102 暗室内实际测量配置框图
  图 2 CE102 暗室内实际测量配置框图
  (虚框内为增加的容性补偿网络)
  
  若实验室自行配置容性补偿网络,其电容容量大小需考虑到供电回路的电源频率。对直流电源回路,电容容量可以较大 ;对 400 Hz 交流电源,电容容量不宜太大,否则稳压电源空载电流过大,影响稳压电源供电效率。
  
  对交流供电回路,该容性补偿网络会大幅增加 L-N 间的空载漏电流,可能会降低稳压电源效率,实际安装时容性补偿网络可加上开关。当因滤波电感的过度抑制造成EUT 无法启动时,可先合上开关并入容性补偿网络,待EUT 正常启动后,断开补偿网络,将补偿网络对稳压电源的影响减到最低。
  
  方案二 :临时电容启动补偿
  
  若实际试验时没有可用的补偿网络,可采用图 3 改进方案二的临时启动补偿措施。EUT 启动前,合上开关 K1, 并入电容 C 进行补偿,启动 EUT ;EUT 启动完成后,断开开关 K1,开始正常测量。
  
  需注意的是,图3 的电容C会影响EUT 测试结果,因此, 开始测量前需将补偿电容C 断开。电容 C 应为无极性电容, 其耐压需满足供电电源要求。电容 C 的容量与电源回路的电源频率相关,对直流供电,电容 C 可选得较大。
  
  方案三 :电源并联启动补偿
  
  若试验现场找不到合适的电容,或 EUT 为类似大功率电机,启动电流维持时间较长,不适合用电容 C 补偿,可采用图 3 改进方案三所示的电源并联启动补偿。
  图 3 临时电容启动补偿及电源并联启动补偿连接框图
  图 3 临时电容启动补偿及电源并联启动补偿连接框图
  
  将稳压电源的输出经暗室门引入暗室内部,通过开关K2 接到 EUT 的电源输入端,接入时务必注意两根输入电源线的对应关系。EUT 启动前合上开关 K2,并联的电源线将暗室滤波器和 LISN 短路,启动 EUT;EUT 启动完成后,断开开关 K2。并联电源线撤离暗室,由稳压电源经暗室滤波器和 LISN 给 EUT 供电,开始正常测量。
  
  以上三种方案一般可以解决暗室滤波器造成的 EUT 无法正常启动问题,适用于 GJB 151B-2013 的发射类项目的暗室内测量,如 CE101、CE102、CE106、RE101、RE102、RE103 等。由于CE107 项目需要测量EUT 启动瞬间的状态, 不能采用以上方法解决类似问题。此时,可将 EUT 放在暗室外进行测量 ;或从外部直接将电源引进暗室,接入 LISN的输入端,不通过暗室滤波器给 EUT 供电。
  
  3.2电磁敏感度测量
  
  以 GJB 151B-2013 的 CS101 敏感度试验为例,图 4(不包括虚框内的电路)为暗室内进行 CS101 实际测量的配置框图。
  
  电磁兼容检测时 EUT 无法正常启动,既可能是暗室滤波器引起,也可能是耦合变压器在回路中的串联效应导致。可分别短路暗室滤波器和耦合变压器来判断原因。对暗室滤波器的原因,可采取 3.1 节电磁发射测量的三种解决方案之一解决 ;若问题由耦合变压器引起,可采用下述解决方案 ;若两种因素都存在,则同时考虑 3.1 节及下述解决方案。
  
  方案一 :临时短路耦合变压器
  
  若耦合变压器内阻 / 感抗使得 EUT 无法正常启动,可在耦合变压器两端并联短路开关 K,EUT 启动时合上 K, 将耦合变压器短路,电路连接如图 4 所示。
  图 4 CS101 暗室内实际试验配置框图
  图 4 CS101 暗室内实际试验配置框图
  (虚框内为临时短路耦合变压器启动的开关)
  
  试验时,首先确保 EUT、信号发生器和功率放大器电源开关断开。先合上开关 K,短路耦合变压器输出,打开稳压电源,给 EUT 供电,合上 EUT 电源开关,开启EUT ;待 EUT 正常启动后,断开开关 K。接通信号发生器和功率放大器电源,开始正常试验。试验时务必注意 :开关 K 断开前,切勿打开功率放大器的输出,否则,可能烧毁功率放大器。
  
  方案二 :更换耦合变压器
  
  若采取方案一,开关 K 断开后,干扰加载前,EUT 无法维持正常工作,说明耦合变压器内阻过大,无法保证EUT 正常工作时获得足够的工作电流。此时,需更换内部电阻 / 电感更小、额定电流 / 功率更大的耦合变压器。
  
  这两种方案一般可以解决敏感度测试时,耦合网络在电源回路的加载造成的 EUT 无法正常启动问题,适用于GJB 151B-2013 的敏感度项目的试验,如 CS101、CS102、CS106 等。

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