傳導騷擾：電壓法與電流法

 

標準要求：根據國家標準GB/T18655車輛、船和內燃機無線電騷擾特性用于保護車載接收機的限制和測量方法，等同于國際標準CISPR25，用于評估汽車及其零部件產生的各種電磁騷擾對車內無線接收機的騷擾程度，并列出了不同等級的限值要求，對騷擾加以限制。

 

對于汽車電子零部件EMC試驗項目中的傳導測試大家并不陌生，其測試的目的是考查電子零部件在運行時對供電系統的騷擾情況。通常傳導騷擾的試驗方法可分為兩種，一種是傳導電壓試驗方法，另一種是傳導電流試驗方法。

 

討論話題：

 

1）討論傳導電壓法和電流法測試原理的不同；

2）相同等級下，對比電壓法和電流法哪個測試限值較為嚴酷；

3）傳導電壓法和電流法騷擾抑制的分析思路。

 

一、傳導電壓法和電流法原理比較

 

1）傳導電壓法測試原理：

 

傳導電壓法測試頻率范圍：0.15－108MHz

 

被測件應放置在無導電性、低相對介電常數材料（εr≤1.4）上，距參考接地平面上方50 mm±5 mm。被測件外殼不應與參考接地平面相連，除非為了模擬實際車輛結構。被測件各表面距參考接地平面邊界至少100 mm。被測件外殼接地時，接地點離參考接地平面邊緣至少100 mm。人工網絡連接器與被測件連接器之間的電源線長度Lp應為200mm。線束沿一條直線放置在無導電性、低相對介電常數材料（εr≤1.4）上，距參考接地平面上方50 mm±5 mm的位置。為了使電源線和輸入/輸出導線之間的耦合最小，不同類型導線間距應盡量大（輸入/輸出導線與連接人工網絡和被測件的電源線間垂直距離≥200mm）。

 

2）人工網絡原理

 

圖1

 

3）傳導電壓法布置示意圖

 

圖2

 

 

4）傳導電流法測試原理：

 

傳導電流法測試頻率范圍：0.15－245MHz

 

電流探頭在距離被測件50 mm和750 mm兩個位置進行測試，可以采用共模和差模測試。其試驗線束應為1700mm長（或試驗另有規定），且應放置在無導電性、低相對介電常數材料（εr≤1.4）上，位于參考接地平面上方50 mm±5 mm的位置。除非在試驗計劃中另有規定，否則這些試驗線束應該彼此平行并且彼此靠近。

 

傳導電流法布置示意圖

 

圖3

 

 

5）通過以上對比，總結傳導電壓法與電流法測試原理的不同點：

 

a)測試頻率不同，傳導電壓法測試頻率范圍:0.15~108MHz，傳導電流法測試頻率范圍：0.15－245MHz；

 

b)測試原理不同，傳導電壓法為差模測試，通過人工網絡的耦合端口，直接測量電源線束上的電磁噪聲，而電流法采用電流探頭測量線束上的電磁噪聲，測量線束包含電源線束、信號線束或負載線束等，電流探頭可采用共模測量或差模測量兩種方式；

 

c)應用場景不同，電壓法為直接接入測量，數據重復性好，穩定度高，但耦合網絡的介入，會改變線束的阻抗，對于信號線、負載線可能不適用。電流探頭法為間接測量，探頭將線束上的場能量轉換為電流信號，再進行測量，由于沒有耦合網絡的接入，不改變線束的阻抗，不會對信號造成影響。但在電流法測試中，探頭布置的位置、高度、線束間平行間距、線束綁扎的松緊，都會對測量結果造成影響，因此測試數據的重復性不及電壓法；

 

d)布置線束長度不同，電壓法的線束長度為200mm左右，測量電源正極與負極，電流法的線束為1700mm左右，測量50mm和750mm兩個位置。

 

二、相同的等級下，對比電壓法和電流法哪個測試限值更為嚴酷

 

汽車電子零部件的EMC測試中，往往會同時要求測量傳導電壓法和電流法兩種測試方法。在認證檢測或研發測試中，工程師們會驚訝地發現，在相同的測試等級要求下，傳導電壓法測試通過了，電流法卻通不過，然而在進行EMC整改時，同樣會發現，電壓法增加共摸抑制或差模抑制就能很好地改善電壓傳導的測試結果，將這些方法用到電流傳導的整改中，效果卻差強人意，有時完全沒有任何效果。同時測試限值中數值的直觀對比，又給工程師們制造了電流法限值比電壓法限值更嚴酷的印象。下面我將從原理上給大家講解，傳導電壓法和電流法限值如何對比。

 

首先我們來看2張曲線圖，以國家標準GB/T18655傳導等級3為例。

 

圖4 傳導電壓法限值

 

圖5 傳導電流法限值

 

先討論第一個問題，為什么EMC工程師們會認為電流法限值比電壓法限值更加嚴酷呢，造成這種現象的主要因素就是對數字的直觀感受。

 

圖6

 

等級3限值表中，0.15－0.3MHz頻段，電壓法PK限值為90，電流法PK限值為70，電流法比電壓法嚴酷了20dB, 再看76－108MHz頻段, 電壓法PK限值為50，電流法PK限值為16，相差34，那實事果真如此嗎？電流法比電壓法更加嚴酷嗎？顯然是否定的，電壓法測量單位是電壓V，電流法的測量單位是電流A，根據歐姆定律可知，已知電壓求電流，還需要一個已知參數——電阻。

 

于是我們先分析人工網絡的阻抗曲線，它給出了人工網絡在不同的頻率下所呈現出的阻抗值。下圖7為人工網絡的阻抗曲線圖，給定頻寬為0.1-100MHz。

 

圖7

 

圖8

 

我們從圖7和圖8中得到了一個非常重要信息，即獲得了一個變化的R（Z）值。從0.1MHz開始，其阻抗Z是隨頻率的上升緩慢增大，一直到7MHz后,整個阻抗才接近于穩定，這個數據告訴我們，人工網絡的阻抗在不同的頻率下，Z值是不同的，頻率越高Z值最大，頻率越低Z值越小。那么問題又來了，我們拿到這些數值又如何運用呢？

仍然以等級3為例。

 

 圖9 

 

圖9左為電壓法限值，右為電流法限值，以頻率300kHz為例，電壓法PK限值為90dBuV，為方便理解，我們用最基礎的歐姆定律來進行計算，換算出對應的電流值，對比限值的嚴酷程度。

 

 

查圖8可知，人工網絡在頻率為300kHz時，標稱的阻抗為9.45歐。根據公式，便可計算出此頻率點的電流值。根據下式：

 

 

或者利用計算軟件，計算出90dBuV對應的電壓值為3.162E-02V

 

 

當電阻為9.45歐時，可以計算出電流值為3.346mA

 

 

再根據下式：

 

 

計算結果即為70.5dBuA ，即在300KHz時，阻抗為9.45歐，電壓值為90dBuV就得到了對應的電流值70.5dBuA。我們再回看，電流法的限值就是70dBuA，約等于70.5dBuA， 也可以按下式：

 

 

由于人工網絡的標稱值在上下限的允差，在300KHz時，最小值7.56，最大值11.34，通過計算可得到下表值

 

 

根據人工網絡的阻抗允差值為3.78歐，可以計算出對應的電流允差值為3.52dB.

 

三、傳導電壓法和電流法騷擾抑制的分析思路

 

在傳導的EMC整改調試中，電壓法的整改方向比較直接，只要處理好被測線束端口，基本就可以解決傳導騷擾問題。電流法的整改，要從場－耦合－差模/共模的思路上去分析。在電流法的整改中，抑制場的環路、減小場的耦合是改善電流法的重要手段。

 

 

四、結論總結

 

1）傳導電壓法與電流法的測試原理不同，電壓法為差模測量，屬于接入式耦合測量，會破壞線路阻抗，不適用于信號或負載線，而電流法屬于間接式感應測量，也可用差模或共模方式進行測量，不破壞端口原有阻抗，能夠兼容測量信號、負載線束上的騷擾能量；

 

2）通過以上計算比較，可以得出，電壓法限值和電流法限值在本質上是對等，在人工網絡阻抗穩定時（約為50歐），電壓值與電流值差值在34。但在7MHz之前，人工網絡的阻抗是不定的，理解這一點后，就可以得出電壓法限值與電流法限制的內在是統一的，結果是互等的，所以從限值上分析，電壓法電流法的嚴酷等級一致；

 

3）測量方法不同。對比電流法和電壓法的難易程度，顯然是電流法比電壓法更難，電壓法只測電源線，而電流法不僅測試電源線，還要測試信號線和負載線；

 

4）電流法中，噪聲電壓恒定，人工網絡阻抗越小，線束上的噪聲電流越大，感應電流就越大，電流的測量值就會增加，反之，電流的測量值會降低；

 

5）電流法還可能增加差模的測試方法，也不難看出，電流法是電壓法的擴展和補充，能夠更加全面地考查線束上的電磁噪聲情況，所以從測量方法上比較，電流法對EMI的考查會顯得更加真實，同時對EMC調試而言會更加復雜；

 

6）整改思路不同，除降低干擾源的方法外，電壓法整改更多考慮的是電源端口，而電流法整改更多考慮的是場的相互耦合，比如信號線－電源線－負載線之間的場耦合，電流法不但要解決電源線上的騷擾，還要處理信號線或負載線上的騷擾；

 

7）電壓法的整改一般從電源端口進行抑制，就能取得比較好的效果，而電流法的整改則需要從干擾源、結構布局、端口濾波等多方面進行綜合評估，嘗試采用空間發射的整改思路來分析，并針對干擾源和場耦合路徑，采取有效的隔離、屏蔽和濾波等措施進行抑制，電流法的整改就會取得事半功倍的效果。

 

廣州順泰在EMC測試、認證服務方面，擁有專業的技術專家團隊，可一對一幫助客戶解答和攻克EMC設計難關，能夠為乘用汽車、各類電動車、摩托車及其電子部件產品提供專業、高效的電磁兼容解決方案。