- 開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計、測試和典型案例
- 錢振宇 史建華編著
- 3694字
- 2019-01-09 15:56:48
1.3 信息技術(shù)設(shè)備類產(chǎn)品機(jī)內(nèi)開關(guān)電源電磁兼容性能的基本要求
1.3.1 電磁騷擾發(fā)射的測試
實施對開關(guān)電源所產(chǎn)生的電磁騷擾發(fā)射測試,并對其發(fā)射值有所限制,其主要目的是對現(xiàn)時的無線電廣播和通信給予必要的保護(hù)。
在GB9254—2008《信息技術(shù)設(shè)備無線電騷擾限值和測量方法》標(biāo)準(zhǔn)中,將設(shè)備(信息技術(shù)類設(shè)備)分為A、B兩類,其中B類是平時在生活環(huán)境中使用的設(shè)備。屬于B類的環(huán)境有住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)、商務(wù)區(qū)、公共娛樂區(qū)、戶外場所和輕工業(yè)區(qū),基本上都是由低壓電網(wǎng)直接供電的設(shè)備。
標(biāo)準(zhǔn)將不屬于B類環(huán)境使用的信息技術(shù)類設(shè)備認(rèn)定是A類環(huán)境的設(shè)備,通常是工業(yè)環(huán)境中使用的設(shè)備。
下面是對A類和B類設(shè)備所產(chǎn)生的騷擾限值要求:
① 標(biāo)準(zhǔn)要求在0.15~30MHz范圍內(nèi)作傳導(dǎo)騷擾的測試;
② 在30~1000MHz范圍內(nèi)進(jìn)行輻射騷擾的測試。
1)在電源端口的傳導(dǎo)騷擾的限值
當(dāng)使用帶有準(zhǔn)峰值檢波器和平均值檢波器的接收機(jī)在進(jìn)行測量時,被試設(shè)備應(yīng)當(dāng)同時滿足表1.1中的準(zhǔn)峰值和平均值的限值要求。
表1.1 電源端子的傳導(dǎo)騷擾電壓限值

注:(1)在過渡頻率處應(yīng)采用較低的限值;
(2)B類設(shè)備在0.15~0.50MHz范圍內(nèi)隨頻率對數(shù)線性遞減。
2)輻射騷擾的限值
被試設(shè)備應(yīng)當(dāng)滿足表1.2所示的規(guī)定距離內(nèi)的輻射騷擾限值。
表1.2 設(shè)備的輻射騷擾限值(測量點距被試設(shè)備距離為10m處)

注:在頻率轉(zhuǎn)換點上用較低的限值。
3)試驗中的注意事項
(1)試驗應(yīng)在產(chǎn)品(這里指開關(guān)電源)的正常使用情況下,以能產(chǎn)生最大電磁騷擾發(fā)射的工作方式進(jìn)行。試驗中還要適當(dāng)?shù)馗淖冊嚻罚ㄩ_關(guān)電源)的布局,以便使騷擾發(fā)射為最大。
(2)試驗應(yīng)將試驗中用到的試驗儀器、試驗方法、試驗配置和試驗布局(如果有負(fù)載,應(yīng)當(dāng)包括負(fù)載的布局)等明確記錄在案,以備試驗?zāi)苤貜?fù)進(jìn)行、試驗結(jié)果可以追溯。
(3)除非另有說明,試驗應(yīng)在試品(開關(guān)電源)額定電壓和規(guī)定工作條件下進(jìn)行。
1.3.2 諧波電流發(fā)射的測試
電力系統(tǒng)中的諧波是指那些為供電系統(tǒng)額定頻率整數(shù)倍的正弦電壓或正弦電流。它是由非線性電壓(或電流)特性的設(shè)備(如開關(guān)電源)引起的,這些設(shè)備可以看成諧波電流的來源,來自不同諧波源的諧波電流在電力網(wǎng)絡(luò)的阻抗上產(chǎn)生諧波電壓。電網(wǎng)中的諧波會使敏感設(shè)備產(chǎn)生性能降級、誤動作,甚至發(fā)生故障。
測試被試設(shè)備諧波電流發(fā)射的標(biāo)準(zhǔn)(GB17625.1—2003《電磁兼容 限值 諧波電流發(fā)射限值(設(shè)備每相輸入電流≤16A)》)把設(shè)備分成如下四類。
(1)A類:平衡的三相設(shè)備;家用電器(不包括劃入D類的設(shè)備);電動工具(不包括便攜式工具);白熾燈調(diào)光器;音頻設(shè)備。凡未歸入其他三類的設(shè)備均視為A類設(shè)備。
(2)B類:便攜式工具;非專用的電弧焊接設(shè)備。
(3)C類:照明設(shè)備(包括燈和燈具;主要功能為照明的多功能設(shè)備中的照明部分;放電燈的獨立式鎮(zhèn)流器和白熾燈的獨立式變壓器;紫外線或紅外線輻射裝置;廣告標(biāo)識的照明;除白熾燈外的燈光調(diào)節(jié)器)。但照明設(shè)備不包括裝在復(fù)印機(jī)、高架投影儀、幻燈機(jī)等設(shè)備中的燈或用于刻度照明及指示照明的裝置,也不包括白熾燈的調(diào)光器。
(4)D類:功率小于或等于600W的個人計算機(jī)、計算機(jī)顯示器及電視接收機(jī)。
前面提到的與開關(guān)電源應(yīng)用密切相關(guān)的信息技術(shù)設(shè)備、音視頻設(shè)備及其部件、衛(wèi)星電視廣播接收機(jī)、金融及貿(mào)易結(jié)算設(shè)備、電信終端設(shè)備等幾大類產(chǎn)品,比較符合諧波電流測試標(biāo)準(zhǔn)中所定義的A類和D類設(shè)備。
表1.3和表1.4分別列出了A類和D類設(shè)備的諧波電流發(fā)射的限值要求。
表1.3 A類設(shè)備的諧波電流發(fā)射限值

表1.4 D類設(shè)備的諧波電流發(fā)射限值

注:(1)對于D類設(shè)備,表中的第2和第3欄數(shù)據(jù)并用,設(shè)備的諧波電流不應(yīng)超過任何一欄的限值;
(2)表中給定的限值適用于所有有功功率>75W的設(shè)備。
注意,這里所說設(shè)備的額定電壓為50Hz和220/380V。上述限值也適用于頻率為60Hz,電壓為230/400V、240/415V供出口用途的設(shè)備。
1.3.3 抗擾度性能的測試
對開關(guān)電源的抗擾度性能測試,主要是檢測開關(guān)電源在外界環(huán)境有一定強(qiáng)度的電磁干擾作用下的工作可靠性。
常用的抗擾度試驗項目有靜電放電、射頻輻射電磁場、電快速瞬變脈沖群、雷擊浪涌,以及由射頻場感應(yīng)所引起的傳導(dǎo)干擾、電壓跌落和短時中斷等。
表1.5至表1.8是參照GB/T17618—1998《信息技術(shù)設(shè)備抗擾度限值和測量方法》提出的對信息技術(shù)設(shè)備類產(chǎn)品中機(jī)內(nèi)開關(guān)電源的抗擾度要求。
表1.5 機(jī)箱端口的抗擾度要求

注:(1)僅適用于包括對磁場敏感的設(shè)備;
(2)在頻率范圍內(nèi),按規(guī)定掃描;
(3)起始頻率可從低于80MHz開始,但不低于26MHz。
表1.6 信號端口的抗擾度要求

注:(1)在頻率范圍內(nèi)按規(guī)定進(jìn)行掃描;
(2)僅適用于根據(jù)制造廠規(guī)范可能直接與室外電纜連接的那些端口;
(3)僅適用于根據(jù)制造廠規(guī)范規(guī)定的、超過3m長的電纜;
(4)如果輻射試驗已在較低頻率進(jìn)行、則此試驗的頻率范圍僅進(jìn)行到該頻率;
(5)如果端子按要求設(shè)置了第一級保護(hù),則試驗時應(yīng)施加4kV浪涌電壓到所設(shè)置的保護(hù)器上;否則,對無保護(hù)的端口施加1.5kV的試驗電壓。
表1.7 直流電源輸入端口(不包括連同AC/DC適配器的設(shè)備)的抗擾度要求

注:(1)在頻率范圍內(nèi)按規(guī)定進(jìn)行掃描;
(2)僅適用于根據(jù)制造廠規(guī)范可能直接與室外電纜連接的那些端口;
(3)如果輻射試驗已在較低頻率進(jìn)行,則此試驗的頻率范圍僅需進(jìn)行到該頻率。
表1.8 交流電源輸入端口(包括連同AC/DC適配器的設(shè)備)的抗擾度要求

注:(1)在頻率范圍內(nèi)按規(guī)定進(jìn)行掃描;
(2)在電壓波形0°交叉點發(fā)生變化;
(3)如果輻射試驗已在較低頻率進(jìn)行,則此試驗的頻率范圍僅需進(jìn)行到該頻率;
(4)當(dāng)制造廠規(guī)定了保護(hù)措施,但在試驗期間無法模擬這些措施時,則施加的試驗電壓應(yīng)降到0.5kV和1kV。
需要指出的是,針對不同的產(chǎn)品(用開關(guān)電源配套供電的產(chǎn)品),在抗擾度的具體要求上可能會有所變動(通常都是提高。因為產(chǎn)品族里所提的抗擾度要求,一般都是這類產(chǎn)品最低要求)。
例如,某通信設(shè)備廠將交流電流電源上的浪涌試驗定為±6kV;直流電源線上的浪涌定為±2kV;電快速瞬變脈沖群定為±4kV;靜電放電定為±8kV;工頻磁場定為300A/m,等等。另外,要求設(shè)備在經(jīng)受寬范圍的交流電壓變動(整機(jī)的電壓跌落、電壓瞬變和短時中斷)后,開關(guān)電源應(yīng)能正常工作。
試驗中的注意事項如下:
(1)被試設(shè)備(這里持指開關(guān)電源)應(yīng)按實際使用情況,并在對干擾最敏感的工作模式下進(jìn)行試驗。試驗中還要適當(dāng)改變布局以求達(dá)到最大敏感度。
(2)試驗中應(yīng)將試驗配置、被試設(shè)備(開關(guān)電源)的工作方式及試驗的布局等情況明確記錄在案,以便必要時可以重現(xiàn)及對比試驗結(jié)果。
(3)如果在被試設(shè)備(開關(guān)電源)的用戶手冊中規(guī)定了(開關(guān)電源)所需的外部保護(hù)裝置(或保護(hù)措施),那么被試設(shè)備(開關(guān)電源)就應(yīng)當(dāng)在有保護(hù)的情況下進(jìn)行試驗。
(4)除非另有說明,試驗應(yīng)在額定電壓和規(guī)定的工作條件下進(jìn)行。
最后,談一談對開關(guān)電源的抗擾度結(jié)果的判斷問題。
不管怎樣,任何一臺開關(guān)電源的試驗結(jié)果總是以下情況中的一種。
(1)情況A:開關(guān)電源在試驗中和試驗后都能正常工作,無性能下降和低于制造商規(guī)定的性能等級現(xiàn)象發(fā)生。
(2)情況B:開關(guān)電源在試驗后可以正常工作,且無性能下降和低于制造商所規(guī)定的性能等級現(xiàn)象發(fā)生。
(3)情況C:允許開關(guān)電源有暫時性的性能降低,只要這種功能是可以通過控制操作、人工復(fù)位,甚至是關(guān)機(jī)后恢復(fù)的。
十分顯然,上述情況對于開關(guān)電源的要求是不同的:情況A為最高,情況C為最低。一臺具體的電源究竟適用哪一種情況,是由相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)(與開關(guān)電源配套產(chǎn)品的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn))或產(chǎn)品制造商給出的。下面說明信息技術(shù)類設(shè)備的性能判斷規(guī)定(見GB/T17618—1998《信息技術(shù)設(shè)備抗擾度限值和測量方法》):
① 射頻輻射電磁場抗干擾試驗的性能判據(jù)為A;
② 靜電放電試驗的性能判據(jù)為B;
③ 由射頻場感應(yīng)所引起傳導(dǎo)干擾試驗的性能判據(jù)為A;
④ 浪涌試驗的性能判據(jù)為B;
⑤ 電快速瞬變脈沖群試驗的性能判據(jù)為B;
⑥0.5周波的電壓中斷試驗的性能判據(jù)為B;
⑦ 其余情況的電壓暫降和中斷試驗的性能判據(jù)為C。
1.3.4 機(jī)內(nèi)開關(guān)電源電磁兼容性測試要求小結(jié)
針對不同環(huán)境中的設(shè)備(開關(guān)電源),在前面已給出了多種試驗要求,其中有幾點還是值得小結(jié)的。
(1)對于住宅、商業(yè)、輕工業(yè)環(huán)境的設(shè)備(或稱為B類環(huán)境中的設(shè)備)和工業(yè)環(huán)境的產(chǎn)品(或稱為A類環(huán)境中的設(shè)備),盡管環(huán)境不同,但試驗的部位和試驗項目的選擇大體上是一致的,只是限值不同。對于用在不同設(shè)備上的開關(guān)電源電磁兼容性能的要求也是如此。
(2)對設(shè)備(開關(guān)電源)的電磁兼容性能試驗實際上可以歸為如下三類。
① 高頻電磁騷擾的發(fā)射測試:
●0.15~30MHz的交流電源線傳導(dǎo)騷擾測試;
●30~1000MHz的輻射騷擾測試。
② 低頻電磁騷擾的發(fā)射測試:
●0~2kHz的工頻諧波電流測試。
③ 開關(guān)電源的抗擾度試驗:
● 靜電放電試驗;
● 高頻輻射電磁場試驗;
● 電快速瞬變脈沖群試驗;
● 雷擊浪涌試驗;
● 由射頻場感應(yīng)所引起的高頻傳導(dǎo)試驗;
● 工頻磁場試驗;
● 電壓跌落試驗。
附錄:機(jī)內(nèi)開關(guān)電源的認(rèn)證試驗項目一覽表(2001年,其中粗體為電磁兼容項目)
適用標(biāo)準(zhǔn):GB 4943—1995(安全標(biāo)準(zhǔn))、GB 9254—1998(電磁兼容標(biāo)準(zhǔn))、GB 17625.1—1998(諧波電流標(biāo)準(zhǔn)),并參見表末注(1)、(2)、(3)的說明。

注:(1)GB4943—1995《信息技術(shù)設(shè)備的安全》已被修訂,分別有GB4943—2001和GB4943—2008兩個版本。
(2)GB9254—1998已被修訂,由GB9254—2008《信息技術(shù)設(shè)備無線電騷擾限值和測量方法》替代。
(3)GB17625.1—1998已被修訂,由GB17625.1—2003《電磁兼容 限值 諧波電流發(fā)射限值(設(shè)備每相輸入電流≤16A)》替代。
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