导读
传导骚扰测试是电磁兼容里最容易上手也最容易做错的一项。它测一百五十千赫到三十兆赫这段频段上从电源端口窜回电网的噪声,而测量结果高度依赖电网侧阻抗,同一台设备换一个插座读数就会变。人工电源网络就是为消除这个变量而存在:它隔离电网噪声、给被测设备提供规定阻抗、并把骚扰电压耦合到测量接收机。本文讲清它的三个作用与五十微亨电感的意义,给出共模与差模两条路径的判别方法,说明准峰值与平均值检波的区别,并把超标量换算成滤波器所需插入损耗的完整链路串起来,最后列出预兼容测试的布置要点与四条常见误判。
一、传导骚扰测的是什么:频段、路径与为什么必须规定阻抗
传导骚扰测量的是被测设备通过电源线向外发射的骚扰电压,标准频段是一百五十千赫到三十兆赫。高于这个频段之后,导线的辐射效率上升,骚扰主要通过空间传播,改由辐射发射项目管控。这个分界不是物理上的突变,而是标准为了把两类现象分开考核而划的一条线。

这段频段内的骚扰来自两类截然不同的源。开关电源输入级的脉动电流是典型的差模源,它的频率集中在开关频率及其低次谐波上;而对参考地的寄生电容耦合是典型的共模源,包括散热器与机壳之间的电容、变压器绕组间的电容、以及电缆与地之间的耦合。两者在频谱上的分布不同,抑制手段也不同,因此判断是哪一类占主导是整改的第一步。
为什么必须规定电网侧阻抗?因为骚扰电压是在一个阻抗上产生的压降,阻抗不同读数就不同。电网阻抗随地点、时间与负载剧烈变化,同一台设备在不同插座上可以差出十几分贝。人工电源网络的作用就是在被测设备端口上提供一个与频率无关的规定阻抗,同时把电网本身的噪声挡在外面,并把骚扰电压以已知的耦合系数送到接收机。
二、人工电源网络的三个作用与五十微亨电感
标准对人工电源网络规定了三项功能。第一是在射频频段上给被测设备端口提供一个规定阻抗;第二是把测试电路与供电网上不需要的信号隔离开;第三是把骚扰电压耦合到测量接收机。三项缺一不可,缺了第一项测量不可复现,缺了第二项电网噪声会混进来,缺了第三项就没有可用的测量信号。

五十微亨这个数值是权衡的结果。它对电网侧呈现高阻抗,把电网噪声挡住;对被测设备侧配合电容网络形成标准阻抗曲线。标准按频段规定了几种网络:九千赫到十五万千赫用五十欧加五十微亨再加五欧的网络,十五万千赫到三十兆赫用五十欧加五十微亨的网络,车载与大电流场合用五十欧加五微亨加一欧的低阻抗网络。选哪一种由产品标准决定,而不是由测试者决定。
还有三项使用细节容易被忽略。第一,网络有额定电流与峰值电流,电容输入整流器的浪涌电流可能超过峰值电流额定值,一旦超过测量就不再有效。第二,测量端口必须终接五十欧,未使用的输出也要终接。第三,通常内置或外接一个十分贝衰减器,它的衰减量本身就是分压系数的一部分,读数换算时不能漏掉。
三、共模与差模:两条路径与三种判别方法
差模是电流从一根线流出、从另一根线流回的模式,与电源电流本身的方向一致,主要由变换器的脉动电流产生。共模是两根线上电流同向、通过杂散电容回到参考地的模式,它由布局、散热器与对地距离决定,因此最难预测,也最难整改。人工电源网络的两个测量输出分别测两根线对地的电压,接收机看到的是两种模式的混合。
判别方法有三种,可以互相印证。第一种看频率:低频段以差模为主,几兆赫以上以共模为主。第二种对比两根线:若火线与零线的骚扰幅度接近,说明共模占主导;若差异较大,说明差模占主导。严格的做法是用两个测量输出做数学运算,共模等于两者之和的一半,差模等于两者之差的一半,这样可以在仪器上直接得到两条分离曲线。
第三种是加元件试。在
两根线之间并一只零点一到零点四七微法的电容,若低频段下降说明是差模;在每根线与地之间加电容或串共模电感,若高频段下降说明是共模。这个方法最快,但要注意安全与漏电流约束,跨接在线间的电容要满足安规要求,对地电容受漏电流限制不能无限加大。
四、限值线与检波器:准峰值与平均值不是一回事
限值表按设备等级与频段给出。以多媒体设备为例,一级设备在零点一五到零点五兆赫上的准峰值限值为七十九分贝微伏、平均值为六十六分贝微伏;二级设备在同一频段上准峰值从六十六分贝微伏随频率对数下降到五十六分贝微伏,平均值从五十六下降到四十六。零点五到五兆赫上二级设备为五十六与四十六,五到三十兆赫上为六十与五十。这些数值是判定依据,不是设计目标。

准峰值检波与平均值检波的区别在于加权方式。准峰值按重复率加权,重复率高的骚扰被赋予更大权重,这符合人耳对广播干扰的主观感受;平均值只取包络的平均。同一条曲线用两种检波器读数可以差十几分贝,因此必须确认超标的是哪一项。实践中多数超标同时触及两项,整改通常按准峰值来定目标。
还要区分峰值、准峰值与平均值的用途。峰值扫描最快,适合预兼容快速定位;准峰值是正式判定的依据,但扫描时间长;平均值对连续骚扰更敏感。预兼容阶段用峰值扫一遍找出可疑频点,再对准峰值重点复测,是兼顾效率与可靠性的常规做法。把峰值结果当成判定依据来下结论,是最常见的严重误判之一。
五、从超标量反推滤波器:一条可以量化的链路
整改的核心是把超标量换算成需要的插入损耗。做法很直接:先用网络测出未加滤波器时被测设备的骚扰频谱,在超标频点上读出测量值与限值之差,这个差值就是该频点上需要补的插入损耗。若某开关电源在三百千赫开关频率上准峰值与平均值都是八十四分贝微伏,限值为五十分贝微伏,那么至少要在该频点上补三十四分贝的插入损耗。

下一步是把这个插入损耗分配到共模与差模两条路上。若分离测量显示共模占主导,就主要靠共模电感与对地电容,差模部分只需少量线间电容与差模电感。分配比例不是拍脑袋定的,而是由两条分离曲线各自的超标量决定。这也是为什么共差模分离不是可选项:不做分离就只能盲目加大滤波器体积,成本和体积都会失控。
滤波器的实际效果还受源阻抗与负载阻抗影响,这是插入损耗指标最容易失真的一处。标准给出的插入损耗通常是在五十欧对五十欧条件下测得的,而实际电路上电源侧与被测设备侧的阻抗都远不是五十欧,实际衰减可能与标称相差很多。因此设计上要留六分贝以上的余量,并在整机状态下复测,而不是只信滤波器样本上的曲线。
六、预兼容布置要点与四条常见误判
预兼容测试的目标是提前发现正式测试会失败的地方,因此布置要尽量复现标准条件。被测设备与人工电源网络之间的相对位置、参考接地平面的尺寸、以及设备与接地平面之间的距离,都由产品标准的附录规定;这些距离要从所依据的标准里取,而不是从通用清单里取。网络本身的接地端子应当用宽而短的导体接到参考平面,高频段尤其重要。
测量设置上还有三点。第一,垂直分辨率要优化到不溢出,若骚扰峰峰值是八十五毫伏,垂直档位应设到一百毫伏满量程,以获得最高灵敏度。第二,用快速傅里叶变换把时域数据变到频域,纵轴尽量用分贝微伏。第三,骚扰最大的工况通常是满载输出,测试要覆盖最恶劣负载而不是只测空载。
四条常见误判值得单独列出。第一是把峰值当成判定依据。第二是忽略人工电源网络的电流额定值,浪涌电流超过后测量完全失效却不自知。第三是在线间与对地电容上加得过大,漏电流超标带来新的安规问题,这是典型的按下葫芦浮起瓢。第四是只测一次就下结论:骚扰随工况、温度与老化变化,整改后必须复测全部工况,并在设计冻结前把滤波器参数写进物料清单。
配图说明
图 1|差模与共模两条骚扰路径的对照图 2|二级设备电源端口传导骚扰限值的典型取值图 3|整改前后传导骚扰频谱与限值线的关系图 4|从超标量到滤波器参数的整改流程图 5|传导骚扰测试的五条操作纪律