电子电气、信息技术、家用电器、汽车电子零部件及轨道交通设备传导发射

电子电气设备传导发射检测技术研究

传导发射（Conducted Emission）是指电子电气设备通过电源线、信号线或其他导体向外传输的电磁骚扰能量。这类骚扰会沿导线传播，干扰同一电网或连接网络中的其他设备正常工作，是电磁兼容性（EMC）测试的核心项目之一。对电子电气、信息技术、家用电器、汽车电子及轨道交通设备进行传导发射检测，是确保设备电磁环境兼容性和可靠性的关键环节。

一、 检测项目与方法原理

传导发射检测主要针对设备的交流或直流电源端口、通信端口及信号端口。其核心是测量被测设备（EUT）在导线中产生的骚扰电压或骚扰电流。

1. 骚扰电压测量

• 原理：该方法用于测量EUT在电源线（相线、中线）和地线上产生的共模和差模骚扰电压。共模骚扰指相线和中线对地线存在的同相位、同幅值的噪声，通常由寄生电容耦合引起；差模骚扰指相线与中线之间存在的反相位噪声，主要由电路开关动作等产生。

• 方法：

  • 使用线路阻抗稳定网络（LISN）串联在电源与EUT之间。LISN的核心作用有三个：一是为EUT提供纯净的电源；二是隔离电网侧已有的噪声，防止其干扰测量；三是提供一个标准的测量阻抗（通常为50Ω），将导线上的骚扰电流转换为可供测量的电压信号。

  • 测量接收机通过同轴电缆连接至LISN的测量端口，扫描并记录特定频率范围内的骚扰电压电平。

• 测量布置：包括相线-地、中线-地分别进行测量。

2. 骚扰功率测量

• 原理：对于频率较高（通常超过30MHz）的骚扰，其波长较短，在导线上传播时会产生辐射，此时直接测量电压意义不大。骚扰功率测量通过评估导线上的骚扰能量来间接评估其辐射潜力。

• 方法：

  • 使用电流探头和吸收钳。电流探头卡在连接EUT的导线上，测量其表面的骚扰电流。

  • 吸收钳则套在导线上，其内部包含铁氧体环，能吸收导线上的射频能量，防止反射，从而模拟一根无限长导线上的行波状态。通过沿导线移动吸收钳并找到最大骚扰点，由测量接收机读取该点的骚扰功率值。

3. 断续骚扰测量

• 原理：针对家用电器中由恒温控制器、继电器等开关动作产生的断续噪声（喀呖声）。这类骚扰不是连续的，其评价方法与连续骚扰不同。

• 方法：在连续骚扰测量基础上，通过观察骚扰持续时间和间隔时间，计算“喀呖声”率，并依据标准对限值进行修正。

二、 检测范围与应用领域

不同应用领域的电子电气设备，其传导发射的检测范围（频率、端口、限值）存在显著差异。

• 信息技术设备（ITE）：涵盖计算机、服务器、打印机、网络交换机等。检测频率范围通常为150kHz - 30MHz，重点关注电源端口和电信端口。此类设备数据处理速度快，开关电源噪声是主要骚扰源。

• 家用电器：包括洗衣机、冰箱、空调、微波炉等。检测频率范围同样多为150kHz - 30MHz。其骚扰源主要来自电机、压缩机、晶闸管调压电路等。对断续骚扰的测量是该领域的特色。

• 汽车电子零部件：在汽车行业，传导发射测试更为严苛，频率范围可能从150kHz延伸至108MHz甚至更高。测试包括电源线传导发射和沿线束的传导瞬态发射。测试需在模拟车辆运行的多种工况（如不同负载、转速）下进行，以确保在复杂的汽车电气环境中不产生干扰。

• 轨道交通设备：涵盖机车、动车组、地铁车辆的车载电子设备。其工作环境极端，电网电压高，瞬态干扰强烈。传导发射测试频率范围宽，限值要求严格，除了常规的交流电源端口，还需对直流电源端口、控制与通信端口进行测试，以确保列车控制、信号、通信系统的绝对可靠。

• 工业、科学和医疗（ISM）设备：如射频加热器、医疗成像设备等。这类设备本身可能是强大的骚扰源，其传导发射限值通常比其他设备宽松，但检测频率范围可能更宽。

三、 检测标准与规范

传导发射测试严格遵循国际、国家及行业标准。

• 国际标准：

  • CISPR系列：国际无线电干扰特别委员会的出版物是基础性标准。

    • CISPR 32：适用于多媒体设备，整合了传统ITE和广播接收机的EMC要求。

    • CISPR 14-1：适用于家用电器和类似用途电器。

    • CISPR 25：适用于汽车电子零部件的无线电骚扰特性保护的测量方法。

  • IEC 61000-6系列：通用标准，适用于居住、商业和工业环境。

  • ISO 7637系列：道路车辆-由传导和耦合引起的电骚扰的标准，重点关注瞬态传导骚扰。

• 国家标准：

  • 中国国家标准（GB）大量等同采用（IDT）或修改采用（MOD）国际标准。

    • GB/T 9254：信息技术设备无线电骚扰限值和测量方法（等同CISPR 32）。

    • GB 4343.1：家用和类似用途电器电磁兼容要求 第1部分：发射（等同CISPR 14-1）。

    • GB/T 18655：车辆、船和内燃机 无线电骚扰特性 用于保护车载接收机的限值和测量方法（等同CISPR 25）。

• 行业标准：

  • EN 50121系列：轨道交通电磁兼容性标准，其中EN 50121-3-2专门针对车载设备。

  • 各汽车制造商标准：如许多主流车企会制定比国际标准更严格的企业内部EMC标准。

四、 检测仪器与系统

一套完整的传导发射测试系统主要由以下设备构成：

1. 线路阻抗稳定网络（LISN）：

   • 功能：提供标准阻抗、隔离电网噪声、耦合骚扰信号。是骚扰电压测量的核心设备。根据测试电流和电压等级（如16A/250V， 25A/380V）有不同的型号。

2. EMI测量接收机：

   • 功能：用于精确测量射频骚扰电压或功率。它与普通频谱分析仪的主要区别在于其检波器（峰值QP、平均值AV、准峰值QP检波器）和带宽（如9kHz、120kHz）严格符合CISPR标准，能准确评估骚扰对实际通信业务的影响。

3. 电流探头与吸收钳：

   • 功能：电流探头用于非接触式测量导线上的骚扰电流。吸收钳主要用于30MHz以上的骚扰功率测量。

4. 测试软件：

   • 功能：控制测量接收机、LISN切换器等设备，自动执行频率扫描、数据记录、限值比对和生成测试报告，大大提高测试效率和准确性。

5. 辅助设备：

   • 电波暗室或屏蔽室：提供纯净的电磁环境，排除外界干扰。

   • 接地参考平面：为测试系统提供稳定的参考地电位。

   • 隔离变压器：为测试系统供电，并确保安全。

结论
传导发射检测是评估电子电气设备电磁兼容性的基石。随着设备数字化、高频化、集成化程度不断提高，以及物联网、新能源汽车、智能轨道交通的快速发展，传导噪声的机理愈发复杂，测试频率范围不断拓宽，限值要求日益严格。深入理解不同应用领域的检测要求，精确掌握标准化的测试方法，并配置高精度的测量系统，是确保电子电气产品在全球市场合规、可靠运行的必要保障。