本文是汽车、工业和国防应用的传导发射区别的第一部分内容,我们分别整理和说明了汽车电子CISPR 25、工业CISPR 11和国防应用MIL-STD-461三种行业标准的电磁兼容-CE测试的区别,包括不同行业的EMC测试标准要求、产品适用性、LISN、EUT和LISN的设置、电压法和电流法等测试区别。

我们使用以下三个广泛使用的专用标准来比较和说明汽车、工业和国防应用的传导发射测试区别:

  • 国际无线电干扰特别委员会CISPR 25第4版(2016年),用于保护车辆、船舶和内燃机中的车载接收器的产品标准[5];
  • CISPR 11第6版(2015年),使用射频(RF)能量执行其预期功能的工业、科学和医疗(ISM)设备[6]的产品标准;
  • 以及2015年起的军用标准MIL-STD-461修订版G(设备和子系统外壳的国防标准)[7-8]。

CISPR有小组委员会B和D,分别负责CISPR 11和25,而美国国防部负责MIL-STD-461。欧盟将CISPR 11和CISPR 25分别作为EN 55011 [9]和EN 55025。CISPR 11作为通用、产品和产品系列发射标准的基本测试方法,如工业环境通用发射标准,国际电工委员会(IEC)61000-6-4 [10]。

不同行业的CE测试设置和测试方法比较:

不同标准定义了不同的产品适用性和测试频率范围

根据CISPR 25用于车载汽车应用的元器件和模块在150 kHz至108 MHz的总频率范围内进行测试,以保护广播和移动的服务频带内的车载接收器。

根据CISPR 11(或美国联邦通信委员会第18部分)的要求,在150 kHz至30 MHz的CISPR频段B频率范围内进行测试符合在ISM应用中制造的产品的CE要求。

在MIL-STD-461 G中,分别在30 Hz至10 kHz和10 kHz至10 MHz的频率范围内执行CE 101和CE 102测试,满足CE要求。这些测试是在电源线上进行的,包括从外部(网电源或直流)电源获得电力的受试设备(EUT)的回路。测试的适用性取决于设备的预期安装环境。

不同行业选用了不同的CE测试设备-LISN:

不讨论测试标准时,一般我们执行CE测试所需的主要测试设备包括:

  • EMI接收器或频谱分析仪-配有CISPR 16-1-1中定义的适当峰值(PK)、准峰值(QP)或平均值(AV)检测器。
  • 线路阻抗稳定网络LISN-也称为人工电源网络AMN、人工网络AN或V型网络。
  • 电流探头-仅CISPR 25中的电流方法测试和MIL-STD-461中的CE 101测试需要。

更具体地说,LISN是一个无源网络,在每个标准规定的适用测试频率范围内,通过EUT电源端子提供明确和恒定的终端阻抗(接近50 Ω)。在测试频率范围内,将EUT与相应交流或直流电源线上的环境噪声隔离也是有用的。LISN的RF端口连接到EMI接收器的50 Ω输入端口,以测量EUT产生的噪声。

表1详细列出了不同应用的适用频率范围。该表包括各种测试参数的比较,例如测试频率范围、LISN网络类型、测试设备和测试设置要求。

表1:基于CISPR 25、CISPR 11和MIL-STD-461的CE测试的各种规格和参数比较。

表1:基于CISPR 25、CISPR 11和MIL-STD-461的CE测试的各种规格和参数比较。

测量接收器应能够在所需的测试频率范围内扫描,并具有不同应用的相应标准中提供的适当分辨率带宽(RBW)。为此,表2给出了EMI接收器的探测器类型、RBW、测量步长和驻留时间参数。

表2:根据CISPR 25、CISPR 11和MIL-STD-461进行CE测试的EMI接收器设置比较。

表2:根据CISPR 25、CISPR 11和MIL-STD-461进行CE测试的EMI接收器设置比较。

不同标准中规定的LISN网络是不同的,因为测试频率范围不同。图1、2和3分别显示了用于CISPR 25、CISPR 11和MIL-STD-461测量的LISN的网络原理图和标称阻抗曲线。图2中CISPR 11的LISN是CISPR 16-1-2 [11]中规定的V型网络(V-AMN),用于低压交流网电源端口的线对地非对称模式发射。

图1:CISPR 25的原理图(a)和150 kHz至108 MHz的标称阻抗特性(B)。

图1:CISPR 25的原理图(a)和150 kHz至108 MHz的标称阻抗特性(B)。

(使用CISPR 16-1-2第4.7条中规定的专用150 Ω人工电源Δ网络[另见CISPR 16-1-2中的图A.2]或CISPR 11附录I中规定的150 Ω人工直流网络[DC-AN]有助于CISPR 11测量低压直流电源端口处的干扰电压[例如,并网太阳能逆变器]。这两种器件都分别耦合线间或对称(差模)和非对称(共模)电压干扰,通常通过开关可以根据需要选择每种干扰模式。

一般来说,用50 Ω负载端接测量端口会在输出端和接地端之间产生LISN的阻抗(如图1、2和3所示)。该标准化阻抗表示实际安装中的预期阻抗。

图2:CISPR 11的AMN原理图(a)和150 kHz至30 MHz的标称阻抗特性(B)。

图2:CISPR 11的AMN原理图(a)和150 kHz至30 MHz的标称阻抗特性(B)。

图3:LISN原理图(a)和MIL-STD-461的10 kHz至10 MHz标称阻抗特性(B)。

图3:LISN原理图(a)和MIL-STD-461的10 kHz至10 MHz标称阻抗特性(B)。

50 µH的LISN电感表示布线长度约为50 m的配电线路的电感。对于大型平台(如货机或工业系统),此值相当能代表实际安装。对于配电线路长度较短的小型平台(如战斗机),电感值可能远低于50 µH。

MIL-STD-461规定使用默认的50 µH LISN,如图3-a所示,但对于存在高电流负载、配电线路长度较短或专用回路与高端电源连接(与结构回路相反)的某些应用,也支持使用5 µH LISN(类似于图1a)。在这些情况下,5-µH LISN必须经过采购部门的批准,并对CE 101测试限值进行必要的调整。

同时,汽车应用使用5 µH的低电感LISN,因为它模拟汽车线束设置的典型电感。

接地层由铜、黄铜、青铜或镀锌钢制成,与屏蔽外壳的壁或地板电气连接,使其直流电阻不超过2.5 mΩ。根据CISPR 25电压法、CISPR 25电流法、CISPR 11和MIL-STD-461标准,接地层的最小尺寸分别规定为1 m x 0.4 m、2.5 m x 0.4 m、2 m x 2 m和2.25 m2

不同的EUT和LISN放置

将EUT放置在非导电、低相对介电常数材料(er≤ 1.4)上,根据CISPR 25和MIL-STD-461标准,将EUT放置在参考接地平面上方(50 ±5)mm的高度处,根据CISPR 11标准,将EUT放置在接地平面上方400 mm的高度处(对于非落地式设备)。如果在实际安装中连接,则EUT应连接到接地层。LISN安装在接地层上,并与其电气连接。

电压法或电流法的区别

执行CE测试时,有两种可能的方法:电压法和电流法。采用电压法试验时,LISN与被测电源线连接,起传感器作用;其RF测量端口连接到测量接收机的输入端口。测试设置中另一个LISN的射频端口端接50 Ω负载。在电流法测试中,电流探头夹在受试电源导线上,作为传感器测量流经导线的噪声电流。

CISPR 25标准允许电压法或电流法测试。CISPR 11标准要求在功率水平低于20 kVA时进行电压法测试。MIL-STD-461中的CE 101和CE 102测试分别使用电流法和电压法测试。

对于所有测试,在EUT断电且所有辅助设备处于开启状态下进行测试之前,测量传导的电磁环境电平。它应至少比允许的规定限值低6 dB。

电源线的布置和长度的区别

从EUT到LISN电源端口的电源线放置在非导电支架上,高度为CISPR 25和MIL-STD-461的参考接地平面以上50 mm。

使用电压测试方法,电源引线的长度分别为0.2m、1 m和2 m,如CISPR 25、CISPR 11和MIL-STD-461标准所定义的。当使用当前方法时,根据CISPR 25的电缆束延伸1.7m长(或按照测试计划中的约定)。除非测试计划中另有规定,否则测试线束电线应设置为标称平行和相邻。MIL-STD-461 CE 101测试程序的电源线至少延伸2 m,CE 101的电流探头位于距离LISN 5 cm处。

检波器的区别

CISPR 25使用PK或QP和AV检波器,CISPR 11使用QP和AV检波器,MIL-STD-461要求PK检波器执行CE测试。

继续阅读:汽车、工业和国防应用的传导发射区别-第二部分-CE限值和测试设置

参考文献

 赫加蒂蒂莫西。2018.“ 电源传导EMI规范概述.”德州仪器白色,文献编号SLYY136,2018年2月。

 赫加蒂蒂莫西。2021.“ DC-DC稳压器EMI工程师指南”。德州仪器电子书,第1章,2021年第二季度(待定)。

 查卢瓦迪、马赫什、G. Vincentraj和K.乔治托马斯。“ 国际电磁兼容标准中传导发射测试的比较研究.”发表于IEEE电源、控制、信号和仪表工程国际会议,9月。2017年第21-22页。1352-1355.

 查卢瓦迪、马赫什、G. Vincentraj和K.乔治托马斯。“ 深入了解MIL-STD-461 G:研究报告。”发表于IEEE电源、控制、信号和仪表工程国际会议,9月。2017年第21-22页。1356-1359.

 “ 车辆,船只和内燃机.无线电干扰特性.车载接收器保护的极限和测量方法.”CISPR 25:2016,第四版(或EN 55025:2017)。CISPR:瑞士日内瓦,2017年10月。

 “ 工业、科学和医疗设备.射频干扰特性.限值和测量方法.”CISPR 11:2015,第六版。CISPR:瑞士日内瓦,2019年1月。

 “子系统和设备电磁干扰特性控制的要求.”MIL-STD-461 G,美国国防部接口标准:华盛顿特区,2015年12月。

 贾沃尔肯。2018.“ E Pluribus Unum –回顾MIL-STD-461的五十年历程。”干涉技术杂志,2018年目录和设计指南。

 “ 工业、科学和医疗设备.射频干扰特性.限值和测量方法.”IS EN 55011:2016,基于CISPR 11的欧洲规范标准。欧洲电工技术标准化委员会(CENELEC):2016年,比利时布鲁塞尔。

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 “ 无线电骚扰和抗扰度测量装置和方法规范-第1-2部分:无线电干扰和抗扰度测量设备.传导干扰测量用耦合装置.”CISPR 16-1-2:2014. CISPR:2020年8月,瑞士日内瓦。 “ 无线电骚扰和抗扰度测量装置和方法规范-第2-1部分:干扰和抗扰度的测量方法.传导干扰测量.”CISPR 16-2-1:2014. CISPR:瑞士日内瓦,2017年6月。

 《 2020年汽车EMC指南》。《干扰技术》杂志,2020年5月。 《 2020年医疗EMC指南》。干扰技术杂志,2020年9月。

 弗格森,史蒂夫。2020.“ MIL-STD-461 G和RTCA/DO-160 G测试配置管理”。《2020军事和航空航天EMC指南》,《干扰技术》杂志,2020年12月,第8-12.

原文作者: Timothy Hegarty,德州仪器应用工程师