利用探针检测开关电源传导干扰

摘要：利用电压探针、电流探针和功率探针分别研究了开关电源的电压、电流和功率传导干扰的检测技术，阐述了其测量方法和经验。最后列举了几种开关电源的电压、电流和功率的谐波含量。

关键词：探针；传导干扰；检测技术；谐波含量

0 引 言

   在电力线和开关电源中，电磁干扰(EMI：elec—tromagnetic interference)主要表现形式是传导干扰。干扰信号主要是电流和电压谐波分量【卜3l。力线、信号线和控制线是传导干扰的载体 J。为了消除EMI的影响，各国都设立了专门的机构，如美国的联邦政府通信委员会(FCC，Federal Communica—
tions Commi~ion) 和德国的VDE (VerbandDeatscher Electrotechniker)等。它们都遵循国际无线电干扰特别委员会(CISPR，International SpecialCommittee on Radio Interference)的规定，制定了自己的有关发射和测试过程标准，以限制电子设备的放射和控制设备的灵敏度。CISPR是国际电工委员会(IEC，International Electro Technical Commis—sion)的一个分会，于1934年成立，其主要职责是制定EMI标准。我国于1993年正式发布并于1994年开始实施《电能质量—— 公用电网谐波标准》。

    传导干扰检测技术复杂，在测量中，不但要考虑电磁辐射干扰的屏蔽技术，而且测量仪的正确使用，测量方法正确与否都直接影响测量结果。由于FCC、Ⅵ)E和CISPR等EMI标准的有关内容、适应范围存在差异，为了使电气设备EMI标准测试能顺利通过，还要注意这些EMI标准在测试过程中的异同。这里主要探讨利用各类探针对开关电源中传导干扰进行检测的技术。

1 开关电源的电压传导干扰测量

   在测量来自开关电源传导干扰时，必须在电网交流电源与待测设备(EUT，Equipment UnderTest)之间接一个线性阻抗稳定网络(USN：LineImpedance Stabilization Network)，其接线方法如图l(a)所示。
   联接USN有两个作用：其一，对EUT的电源输入端口，在高频谐波时提供一个标准稳定阻抗，这样当联接到同一电源的其它设备发生变化时，不会影响EUT输入的电源阻抗；其二，USN 可以滤去来自电网电源的EMI，给开关电源提供一个“干净”的电网交流电源，不会影响对EUT本身传导干扰的测量结果。

   测量传导干扰时，VDE和CISPR标准采用有别于FCC标准的LISN电路，其输入阻抗为150 Q，而FCC标准采用的USN 电路，其输入阻抗为50

    传导干扰测试下限频率，VDE和CISPR标准规定为10 kHz，而FCC标准规定为450 kHz；这三种标准规定上限频率都是30 MHzlsJ。LISN是一个三端口RLC网络，FCC标准采用的LISN电路见图1(b)，从3端与地(4端)之间的端口看进去的输入阻抗频率特性见图1(C)，当频率超过450 kHz以后，LISN输入阻抗接近50 Q，这个频率正好是FCC标准的传导干扰测试下限频率，并满足阻抗匹配要求。如果希望LISN有更宽的频率范围的平稳阻抗特性，则需要更复杂的网络结构。

   L ISN的1端与地之间的端口接电网电压；2端与地之间的端口接EUT；3端与地之间的端口接输入阻抗为50 Q的无线电噪声仪，用于测量开关电源的电压传导干扰(电压谐波分量)。

    如果LISN的功率容量不够，或在实际装置中无法安装LISN，这时可以用电压探针(VP)进行测量。电压探针原理电路见图2。在图2中，R 与Rm之和为

   用VP测量EUT的电压传导干扰时，要注意下列两点：(1)在使用VP进行传导EMI测量时，要确保来自电网电源的EMI电平低于来自被测件的EMI在20 dB以上；(2)在电网电源与VP之间，或VP与被测件之间，一般阻抗不匹配，因此测量误差不能去除。所以，用VP测量电压传导干扰的精度低于基于LISN的测量精度。

2 开关电源的电流传导干扰的测量

    电流探针(CP)原理见图3。用电流探针测量电流传导干扰原理见图4。其测量方法是很简单的，CP包围通过电流的导体就可以测量相应的电流噪声，即当CP包围一根导线时，可以测量差模传导电流；当CP包围全部电缆时，可以测量共模传导电流。在测量过程中，CP位于EUT与LISN之间，且要尽量靠近LISN侧，这样测量误差小。CP的插人阻抗小于0．5 Q，工作频率可以达50 MHz。

3 开关电源的功率传导干扰的测量

   功率传导干扰的测量仪一般采用功率探针(PP)，PP可以测量5～300 MHz的传导干扰功率。PP原理见图5。在图5中：A为CP，A 的输人为EUT的传导电流噪声；B，C为铁氧套管，他们分别包围电力线和与测量仪器相联的信号线，用于衰减所感兴趣的频率范围的电流；D为附加吸收器，作用是衰减来自电网的电流传导干扰。由于当频率大于30 MHz的干扰信号是幅射的方式，这样，在进行传导干扰功率的测量时，必须对电源引线进行很好地屏蔽。这种传导干扰的最大强度存在于电力线与EUT的连接点上L4 J，因此，PP放在此位置进行测量。另外，精确的测量点随频率不同而变化，可以通过观察仪器的最大值来调节测量地点。PP对EUT提供约100～250 Q的阻抗，其感抗分量不大于阻抗的2％。只有注意上述各点，开关电源传导干扰功率的测量才能获得比较正确的结果。