EMC用人工电源网络的校准配置分析

2022-11-17史锁兰李鹏飞周镒安辉

电子产品可靠性与环境试验 2022年5期

史锁兰，李鹏飞，周镒，安辉

（中国信息通信研究院泰尔终端实验室，北京 100191）

0 引言

人工电源网络是电源端传导骚扰电压测试的常用设备，用于测量被测设备（EUT）通过电源线向电网发射的骚扰电压。测试时，将人工电源网络放置在电网与EUT之间，其可在频率范围内向被测设备端提供一种规定的阻抗，并能将试验电路与供电电源上的无用射频信号隔离开来，进而将骚扰电压耦合到测量接收机上[1]。人工电源网络的三大校准参数为阻抗（模和相位角）、隔离度和分压系数。对于V型人工电源网络，GB/T 6113.102规定了其阻抗（模和相位角）的大小及其允差，规定了每个电源端子与接收机端口之间的基本隔离要求，以降低EUT在人工电源网络上产生的电压测量不确定度，前两个参数是对V型人工电源网络的基本性能要求，而分压系数应被计入骚扰电压测量中，直接影响测量结果。

本文将对常用的50 Ω/50 μH+5 ΩV型人工电源网络的阻抗（模和相位角）进行分析研究，讨论校准时所带的电源附件对校准参数的影响，通过实际校准和试验进一步地验证，得出结论，提出人工电源网络的校准和使用建议。

1 50 Ω/50 μH+5 Ω V型人工电源网络阻抗分析

1.1 理论分析

适用的50 Ω/50 μH+5 ΩV型人工电源网络的原理图如图1所示。图1中，L1、C1、R1、R4、R5规定了网络阻抗；L2、C2、R2将电源寄生信号和电源阻抗的变化隔离开来；C3用来去除测量接收机和电源电压之间的耦合。图1中各个元件的参数如表1所示。

图1 50 Ω/50 μH+5 ΩV型人工电源网络的电路原理图

表1 50 Ω/50 μH+5 ΩV型人工电源网络的元件值

人工电源网络阻抗包括:当骚扰输出端接50 Ω负载阻抗时在EUT端测得的相对于参考地阻抗的模和相角两个部分。在电源端传导骚扰电压测试时，分别对L相-地、N相-地进行测试，所以针对单独的L相或N相，图1的电路可简化为图2所示的电路[2]。

图2 简化电路图

该电路的输入阻抗Z可以看作是由X1和X2并联而成的，因此可得:

其中，w=2πf。

将频率f和表1所列的各种L、C数值代入以上公式，即可算出不同频率下电路的输入阻抗Z值（模和相角），该计算值与GB/T 6113.102—2018给出的理想网络的阻抗非常接近，具体如表2所示。

表2 50 Ω/50 μH+5 ΩV型人工电源网络的阻抗

GB/T 6112.201要求，在进行电源端传导骚扰电压测试时，EUT的放置应使其边界和人工电源网络最近的一个平面之间的距离为80 cm。实际测试时，因人工电源网络EUT端的接口单一，EUT电源线的长度、电源适配器标准的种类多样，经常需要使用额外的电源转换器或电源延长线，或两者的结合（本文统一称此为电源附件），以满足80 cm的布置要求。一般情况下，对人工电源网络进行计量校准时，需附带这些电源附件一起校准，以确认人工电源网络的符合性[3]。下面将电源附件作为人工电源网络的一部分展开分析讨论。

无源器件电感、电容在低频状态时呈现本征特性，随着频率的增大，由于材料、环境等因素引进的微小寄生参数便产生相应的作用，且频率越高，影响越大[4]。电阻高频特性的影响相对电感、电容小，故此处忽略电阻；为了简化计算模型，仅考虑电源附件的分布电感，得到如图3所示的等效电路图，其中，L为分布电感。

图3 等效电路图

如图4所示，考虑电源附件的分布电感后，阻抗模值随着频率的增大一直增大，取不同的分布参数，可以看出，分布电感越大，阻抗模值也相应地增大，相位角也出现不同程度的偏离，如图5所示。由此可以看出，电源附件的分布参数对人工电源网络阻抗的影响很大，绝对地将电源附件作为人工电源网络的一部分进行校准，存在一定的不合理性，应分情况讨论。

图4 阻抗模值

图5 阻抗相角

1.2 试验分析

本文对典型的50 Ω/50 μH+5 ΩV型人工电源网络进行计量校准[5]（仅取N相的数据），校准时，人工电源网络的EUT端口端接特定长度的电源延长线，得出人工电源网络的阻抗模值和相角，如图6-7所示。结果显示，电源附件对人工电源网络阻抗（阻抗模值和相角）的影响不容忽视，当频率大于1 MHz时，阻抗模值和相角开始超出标准要求的允差范围，即不满足标准对人工电源网络的定义要求。

图6 阻抗模值校准值

图7 阻抗相角校准值

同时，本文对人工电源网络的EUT端口分别做以下处理:1）不接电源附件；2）接电源转换接头；3）接1.5 m长的电源延长线。校准得到人工电源网络的阻抗模值、相角和分压系数（仅取N相的数据），如图8-10所示。同样，当频率大于1 MHz时，接1.5 m长电源延长线的配置下，3个校准参数的数值明显地高于电源附件其他两个校准配置。

图8 阻抗模值比较

图9 阻抗相角比较

图10 分压系数比较

以上试验充分说明，不是所有的电源附件与人工电源网络一起校准，所得的阻抗均能符合标准要求。那么，这些校准参数值在传导骚扰测试中的适用意义则需分情况考虑。

例如:将以上1）和3）两种连接状态的分压系数值分别计入对应状态下对同一稳定信号源的骚扰电压测量结果，得出该信号源的传导骚扰电压（仅取N相的数据），比对结果如图11所示。由图11可知，两种不同的连接状态下，同一稳定信号源的骚扰电压值差异已明显地超出传导骚扰电压测量系统的测量不确定度，说明使用1.5 m长电源延长线作为人工电源网络的附件进行校准，以及使用校准所得分压系数的不合理性。

图11 骚扰电压

2 校准参数的使用建议

通过以上理论分析、校准和试验验证，说明人工电源网络EUT端口使用的电源附件的分布参数对校准结果的影响不容忽视，同时也会对传导骚扰电压的测量结果产生影响。在进行人工电源网络的计量校准时，什么标准的电源附件才能作为人工电源网络的一部分，需要进一步地试验验证。但本文的分析研究结论，足以对日常人工电源网络的校准和使用起到重要的指导作用。

a）人工电源网络EUT端口使用的电源附件需作为人工电源网络的一部分进行计量校准，以减小测量误差及测量结果的不一致性。但应注意的是，人工电源网络EUT端口的阻抗定义为对受试设备呈现的终端阻抗，无论是否附带电源附件对人工电源网络进行校准，校准所得的阻抗模值和相角都必须在标准要求的允差范围内；否则，该校准数据将无法用于日常传导骚扰电压测量。

b）对于电源附件的选择，建议线缆尽可能地短，除了电源线延长作用所必须外，不带有开关、防雷等组件；并且应具有相似于原电源电缆的特性（包括导线的数量和接地连接），以尽量地降低电源附件对人工电源网络阻抗的影响。

c）如果附带电源附件校准所得的阻抗值不满足标准要求，可换合适的电源附件重新校准，或者将该电源附件视为EUT电源电缆的一部分，但应做好相关记录，并且测量结果是否作为EUT骚扰电压的标准符合性判定，需作进一步的讨论。