军用EMC 标准CS101 试验方法的演变和改进探讨

熊熠明，郭华栋，陈思阳

（北京宇航系统工程研究所，北京 100076）

0 引言

军用EMC 标准中的电源线传导敏感度试验项目CS101，是所有军用装备必须通过的5 项测试项目之一。为了提高测试准确性，CS101 项目的测试方法和限值进行了持续的更新。为了解CS101 项目的演变过程，以下将详细地阐述各个版本中CS101 项目的测试方法，并探讨测试方法改进的原因，提出进一步完善测试方法的建议。

1 军用EMC 标准CS101 项目演变

军用EMC 标准常用的为MIL-STD-461462 系列和GJB 151152 系列。国军标在借鉴美军标的基础上结合国内的实际情况进行了剪裁和改进。标准最新版本为GJB 151B-2013、MIL-STD-461G。主要版本标准的制定变化情况如表1 所示[1-10]。

2 CS101 测试方法更新介绍

MIL-STD-46462 早期版本和GJB 151152中包括一个CS01 试验方法。1993 年MIL-STD-461D462D中开始引入CS101 测试项目。1997 年国军标更新为GJB 151A152A 版本，全面对标美军标D 版本。CS101 测试项目的变化内容如表1所示。

表1 军用EMC 测试标准CS101 项目的变化

2015 年发布的MIL-STD-461G中，CS101 项目的变化主要包括以下两个方面[8-11]：

1）最大工作电流不超过30 A，而MIL-STD-461F中工作电流为不超过100 A；

2）增加了一种新的注入电平监测方法，可以用示波器进行时域测量，也可以用配备了纹波监测探头的接收机进行频域测量，如图1 所示。

图1 MIL-STD-461G中CS101 项目测试配置框图

2.1 限定被测设备工作电流分析

CS101 项目测试过程中，由于图1 受试设备（EUT）的负载电流作用，耦合变压器的初级端会耦合出感应电压。负载电流很大时，变压器初级端的感应电压也很大。工频感应电压反灌回功放，导致功放不能正常工作甚至损坏。现行标准中提出在功放输出端串联一个相位相反的耦合变压器（该变压器次级输出端并联跟EUT 阻抗相近的假负载），新增变压器初级端会产生大小相同、极性相反的感应电压，从而实现在功放输出端感应电压的相互抵消，以保护音频功放在大电流负载情况下的安全[3]。但是阻抗相近的假负载很难配备，委托方也很难提供两台同样的EUT。参考文献[12-16]中通过仿真分析等手段，提出了各种解决方案，但没有通用的解决办法。

大量的实际测试案例表明，大电流设备接入耦合变压器后，由于变压器内阻上的压降过大，EUT 会出现不能启动等现象。美军方从MIL-STD-461F 开始就限制了被测设备的工作电流，要求不超过100 A，MIL-STD-461G 直接限制到30 A。标准制定方已经认识到，工作电流超过30 A 的设备，电源系统存在的纹波已经高于CS101 测试的注入干扰量级，不需要再进行CS101测试（特殊设备除外）[9]。

限定设备工作电流进行测试有以下优点：

1）客观评价大电流设备的实际工作情况，委托方的测试费用下降、测试时间缩短；

2）大大地降低工频感应电压倒灌回功放的发生概率，有效地保护测试功放安全；

3）减少了实验室设备投入，不需要研制特殊的低阻抗、大电流（大于50 A）耦合变压器。

2.2 CS101 接收机测量方法分析

测试交流设备时，功放注入电压监测一直是个难题。示波器监测方法受EUT 供电交流电压的影响，注入的干扰小信号往往被交流电压的纹波掩盖而难以准确地测量。常用的解决方式是在电路中接入相应工作频率的交流陷波器。部分实验室采用示波器的FFT 测量模式，获得注入频点的电压数据后，手动进行EUT 的CS101 项目试验[12]。

参考文献[8]中提出一种使用接收机进行交流CS101 项目试验方法，如图2 所示。其方法为用1 kΩ 无感采样电阻分流，“6741-1”电流探头将电流转换成电压，用接收机读取注入频率信号的电压值，从而避免被测设备交流电源对测试示波器读数的干扰。电流探头和接收机结合的方式，可利用接收机的选频特性和动态范围大的优点，精确地测量注入频点对应的电压值。

图2 接收机电流探头等效测量电压方法

MIL-STD-461G 也是利用接收机的频域测量设计思想，用纹波监测探头（Ripple Detector）替代图2中的监测装置。纹波监测探头有两路输入，通过切换可分别监测电源端和变压器注入端的纹波情况[9]。纹波监测探头专为CS101 测试设计的传导因子如图3 所示，为了适应交流电压大于28 V 量级限值1 要求，其最大衰减量级为80 dB。5 kHz开始，按照限值的变化趋势，减少监测探头的衰减系数，保证接收机监测端动态范围相对稳定。

图3 纹波监测探头CS101 模式传导因子

引入接收机和纹波监测探头组合测量方式，完美地解决了以往CS101 项目交流测试的功放注入电压监测难点，并且将测试仪器与EUT电压安全隔离，测试过程更安全可靠。

2.3 CS101电压限值的演变

CS101 项目关键频点电压、功率统计如表2 所示[3，7]。1999 年发布的MIL-STD-461E 将测试频率扩展到150 kHz，功率校准值从MIL-STD-461D时期的全频段80 W，改为与曲线1电压限值匹配一致。目前GJB 151B-2013、MIL-STD-461G 也延续了MIL-STD-461E 的限值规定。

表2 CS101 关键频点电压限值、校准功率统计

3 未来国军标CS101 项目改进探讨

3.1 测试方法改进建议

针对目前CS101 项目存在的问题，提出了以下2 个方面的改进建议。

a）限定被测设备工作电流不超过30 A，工作电流超过30 A 的设备不需要进行CS101 项目测试；大电流特殊设备可以选做。

b）交流设备的CS101 项目测试，统一采用接收机加纹波监测探头方式；直流设备的CS101 测试可采用示波器直接测试或接收机加纹波监测探头的方法。

3.2 电压和功率限值的调整

CS101 项目限值已多年未修订，建议按照以下方法进行修改。

a）测试频率设定为25 Hz～300 kHz，扩展注入干扰频率范围。随着集成电源芯片设计的发展，DC/DC、AC/DC电源模块为了减少体积、降低储能元器件成本，采用的开关频率已经从几十千赫，发展到几百千赫以上，CS101 项目测试频率应扩展到300 kHz，目前的专用音频功放指标已能覆盖这一频段。

b）100～300 kHz 频段的测试电压限值变为直线段。曲线1 的电压阻值最低为110 dBμV，曲线2 的电压限值最低为100 dBμV，如图4 所示。相应的校准功率，100～300 kHz 频段为0.2 W。提高干扰量级，加强对EUT 的干扰强度。降低信号源和功放在100～300 kHz 频段的小功率输出要求。

图4 CS101 项目25 Hz～300 kHz 建议限值

4 结束语

军用装备中CS101 测试项目的主要目的就是检验电源线传导干扰的敏感性，电源线传导干扰是影响军用装备电磁兼容性的常见干扰源，严重影响军用装备的使用效果，需要在电源输入端口增加滤波模块，保护功能电路不受到外界电磁干扰。结合多年CS101 项目测试的体会与思考，整理归纳了使用过程中发现的问题，并就标准完善在测试方法、限值规定等方面提出建议，以使军用装备CS101 项目的测试更合理、更易操作。为适应行业技术发展，呼吁尽快更新国军标CS101 的测试方法。