发射试验和限值检测

电磁兼容性测试：发射试验与限值检测技术综述

电磁兼容性（EMC）是评价电气电子设备在其电磁环境中正常工作且不对该环境中其他设备构成难以承受的电磁骚扰能力的关键指标。其中，发射试验与限值检测是EMC测试的核心组成部分，旨在衡量设备对外产生的电磁骚扰水平，确保其符合法规要求，防止对公共电网及其他设备造成干扰。

一、 检测项目：方法与原理

发射试验主要测量设备通过传导和辐射两种途径发射的电磁骚扰能量。

1. 传导发射测试

• 测试原理：测量设备通过电源线、信号线、地线等导线向外发射的电磁骚扰。这些骚扰通常以骚扰电压或骚扰电流的形式存在，频率范围主要集中在150kHz至30MHz。

• 测试方法：

  • 骚扰电压测量：使用线路阻抗稳定网络（LISN）接入被测设备供电回路。LISN具有双重功能：为被测设备提供纯净的电源；在测量端口提供一个规定的阻抗（通常为50Ω），以便接收机能够准确测量被测设备产生的骚扰电压。

  • 骚扰功率测量：对于30MHz至300MHz频段，某些标准采用吸收钳法测量沿着导线辐射的骚扰功率。吸收钳沿着导线移动，测量其吸收到的大功率值。

2. 辐射发射测试

• 测试原理：测量设备通过空间传播的电磁骚扰场强。测试频率范围通常为30MHz至6GHz，甚至更高，取决于产品的高工作频率。

• 测试方法：

  • 天线接收法：在标准化的开阔场或半电波暗室中进行。被测设备置于转台上，接收天线置于特定距离（如3米、10米）处。测试时，转台旋转，天线在1米至4米高度范围内扫描，通过接收机测量各方位角和高度下辐射骚扰的场强大值。测试需在水平和垂直两种极化方式下进行。

3. 谐波电流发射测试

• 测试原理：考核设备从电网取电时，其非线性特性导致输入电流波形失真，产生谐波分量。这些谐波会污染电网，导致中性线过流、变压器过热等问题。

• 测试方法：使用谐波分析仪或具备此功能的功率分析仪，直接测量被测设备在特定工作状态下输入电流的各次谐波（通常为2至40次）分量，并与限值比较。

4. 电压波动和闪烁测试

• 测试原理：评估设备功率变化（如电机启动、加热器通断）对电网电压的影响，导致连接在同一电网中的照明设备出现肉眼可见的闪烁。

• 测试方法：使用闪烁仪，模拟标准灯丝-眼-脑网络对电压波动的响应，量化出短时间闪烁值（Pst）和长时间闪烁值（Plt）。

二、 检测范围：应用领域与需求

发射试验覆盖几乎所有接入电网或包含数字电路、射频电路的设备。

• 信息技术设备：计算机、服务器、打印机、显示器等，需满足信息技术类设备的发射要求。

• 家用电器：冰箱、空调、洗衣机、微波炉等，其内部的电机、控制器是主要的骚扰源。

• 工业、科学和医疗设备：电焊机、变频器、大型医疗成像设备等，功率大，骚扰特性复杂，限值相对宽松但测试要求严格。

• 汽车电子：随着电动汽车发展，车载充电机、电机控制器等零部件的传导和辐射发射测试至关重要。

• 无线电设备与通信终端：手机、基站、路由器等，除了自身数字电路的骚扰，还需控制其有意发射的带外杂散。

• 照明设备：特别是LED驱动和调光系统，是谐波电流和传导发射的重点关注对象。

• 军工与航空航天：要求极为严苛，通常在更宽的频段和更严酷的环境条件下进行测试。

三、 检测标准：国内外规范

测试必须依据公认的标准进行，以确保结果的一致性和可比性。

1. 标准

• CISPR系列：电工委员会无线电干扰特别委员会发布的标准，是EMC领域的标准体系。

  • CISPR 32：适用于多媒体设备。

  • CISPR 11：适用于工业、科学和医疗设备。

  • CISPR 14-1：适用于家用电器和电动工具。

  • CISPR 25：适用于车辆、船和内燃机驱动的设备。

• IEC 61000-3-2：谐波电流发射限值。

• IEC 61000-3-3：电压波动和闪烁限值。

2. 中国标准
中国标准多等同或修改采用标准。

• GB/T 9254.1：信息技术设备、多媒体设备和接收机的无线电骚扰限值和测量方法（等同CISPR 32）。

• GB 4824：工业、科学和医疗设备 射频骚扰特性 限值和测量方法（等同CISPR 11）。

• GB 4343.1：家用电器、电动工具和类似器具的电磁兼容要求 第1部分：发射（等同CISPR 14-1）。

• GB 17625.1：电磁兼容 限值 谐波电流发射限值（等同IEC 61000-3-2）。

• GB 17625.2：电磁兼容 限值 对每相额定电流≤16A且无条件接入的设备在公用低压供电系统中产生的电压变化、电压波动和闪烁的限制（等同IEC 61000-3-3）。

3. 其他区域标准

• 北美洲：主要遵循FCC Part 15规则。

• 欧洲：在CISPR/IEC标准基础上，协调标准被引用至欧盟EMC指令。

四、 检测仪器：主要设备及功能

1. 电磁干扰接收机

• 功能：用于精确测量传导和辐射骚扰电压、场强。它与频谱分析仪类似，但其检波器、带宽和扫描速度严格遵循CISPR标准（如具备峰值、准峰值、平均值检波器，中频带宽为200Hz、9kHz、120kHz等），确保测量结果与骚扰的主观干扰性相关联。

2. 频谱分析仪

• 功能：可用于发射的预测试和诊断。虽然其绝对测量精度可能低于标准接收机，但扫描速度快，能快速定位骚扰频点。通过配置预选器和标准要求的检波器，也可用于符合性测试。

3. 线路阻抗稳定网络

• 功能：作为传导发射测试的关键附件，插入被测设备与供电网络之间，提供标准化的测量阻抗，隔离电网背景噪声，并将骚扰电压耦合至接收机。

4. 测量天线

• 功能：用于辐射发射测试，将空间电磁场转换为接收机可测量的电压。不同类型的天线覆盖不同频段，如双锥天线（30MHz - 300MHz）、对数周期天线（300MHz - 1GHz以上）、喇叭天线（1GHz以上）。

5. 谐波和闪烁测试系统

• 功能：集成高精度功率采样、谐波分析算法和闪烁计算模型，能够自动按照标准要求完成谐波电流和电压波动与闪烁的测试，并生成合规性报告。

6. 电波暗室

• 功能：提供纯净、不受外界电磁干扰的测试环境。半电波暗室的墙壁和天花板覆盖吸波材料，地面为金属接地板，模拟开阔场的测试条件。

7. 测试软件

• 功能：控制整个测试系统，包括接收机、转台、天线塔等，自动执行标准测试流程，记录数据，生成测试曲线并与标准限值进行比较。

结论
发射试验与限值检测是确保电子电气产品电磁环境友好性的第一道防线。随着技术的发展和新业务（如物联网、5G）的涌现，测试频率范围不断扩展，测试要求日益精细。深入理解各项检测项目的原理、范围、标准及仪器，对于产品研发、质量控制和市场准入具有不可替代的重要意义。测试机构与制造商需紧跟标准更新，不断提升测试能力，以应对日益复杂的电磁兼容性挑战。