交流稳压电源的电磁兼容要求与测试方法

1 基本概念 　　 　　电磁兼容（Electromagnetic Compatibility）是电工、电子产品重要的一项质量指标。可以认为产品质量主要由质量规范与技术指标两大内容构成。前者涉及通用规范，即国际上IEC，国内由国家制订的基础性标准；后者是产品功能的规定及其技术要求。电磁兼容与安全要求是基础性标准。现在EMC已从基础标准、通用标准、族标准、一直到产品标准，形成完备的体系。此外，国际上还有为此专门立法。如欧洲联盟已制订法规，规定从1996年1月1日起，电工、电子产品必须取得低压管理（LV Directive）与电磁兼容管理（EMC Directive）合格认定后，才能在市场上销售。这些年来不断有新的EMC标准在国内正式发布。但要指出的是，IEC有关EMC标准将不断从草案或旧版本上升为正式版本，国家有关EMC标准也将不断更新、发布，有关EMC测试应以最新版本为准。 　　 　　所谓EMC，在GB／T4365－1996《电磁兼容术语》中的定义是：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。该定义概括了3个方面的内容。其一，电磁骚扰的可限制性。电磁骚扰是普遍存在的，但可以用质量规范约束，以技术手段限制它的危害性。这就是说应当对产品规定其向外发送电磁骚扰强度的限制值，以保证电磁环境合格。其二，电磁骚扰的豁免性。这就是说产品在规定电磁骚扰强度的电磁环境下应能正常工作而不应降低其性能指标。其三，电磁环境的规范性和兼容性。即对电磁骚扰采取任何措施都不能使自身或使处于同一电磁环境的其它产品或系统性能下降，只能友好地"和平"共处。例如，为了降低传导干扰而在设备电源相线与地线之间并接电容器。对设备来说该电容器的容量必须符合安全标准中对泄漏电流的限制值要求；对系统来说，要防止其成为系统干扰耦合源影响系统工作。因此对产品的EMC测试应当包括两大方面内容： 　　 　　（1）对其向外界发送的电磁骚扰强度进行测试,以便确认是否符合有关标准规定的限制值要求； 　　 　　（2）对其在规定电磁骚扰强度的电磁环境条件下进行敏感度测试以便确认是否符合有关标准规定的抗扰度要求。 　　 　　这两方面内容在EMC测试项目中分别为电磁干扰（Electromagnetic Interference）或电磁骚扰（ElectromagneticDisturbance）及抗扰度（Immunity to a Disturbance）；后者以前常用敏感度（Susceptibili-ty）这个术语。由于电磁干扰的发生决定于干扰源的强度、干扰的耦合方式、仪器设备对干扰的敏感程度这3要素。因此，有关标准对EMC的性能要求与测试方法除了按不同性质、不同种类分为不同项目外，还按电磁骚扰传播方式不同分为两类：即传导干扰与辐射干扰。前者主要检测被测设备通过电源线或信号线向外导工频电源谐波、高频噪声的强度与频率范围，这属于电磁骚扰的近场与感应场效应。后者则检测被测设备向外直接辐射射频噪声的强度与频率范围，这主要针对电磁骚扰的远场效应。值得注意的是近几年来国际上对电源谐波干扰与设备的抗扰度要求这两方面内容特别关注。前者涉及公用电网的环保要求。后者则为了保证设备或系统的工作可靠性。为此，许多标准还特别将电源谐波电流含量要求与抗扰度作为两大技术要求从EMC项目中分离出来，单独立项。必须指出，对于信息社会来说，因信息技术设备工作失常而受的损失往往难以用货币来衡量。在不可能完全避免电磁骚扰的现实条件下，在规定的电磁环境条件下提高产品抗扰度能力具有特别重要的意义。 　　 　　具体地说，生产厂家对产品进行EMC具体项目的例行测试除了确定产品的EMC性能是否符合国家、行业标准规定的要求外（据国内外文献报道没有实行认真的EMC设计与摸底测试并采取足够的技术措施，很难通过EMC测试），还能评价外界电磁骚扰对产品的影响程度及有关抑制措施的有效性，查明产品遭到EMC试验破坏的具体原因（来源及作用途径）以便采用相应措施。因此，在产品设计定型初期就进行EMC测试是产品进入商品化的必不可少的一项工作。从另外一个方面来说，了解产品EMC性能，是商检及用户认可产品的一个重要因素。所有这些都需要了解有关EMC的性能要求与测试知识。 　　 　　电源产品的EMC测试有其特殊性要求，其特殊性是由该类产品功能所决定的。首先电源产品作为供电电源（一般为市电）与为之服务的负载（典型为对电磁骚扰较敏感的信息技术设备）之间的电力接口，其基本功能是保证所接负载不受电源因素的影响而工作失常或损坏。这样对电源产品的EMC要求较其它产品理所当然要更高。这里最典型的例子就是有关对电源产品EMC标准要求应对电源产品的输入源端与输出负载端分别进行传导干扰测试。此外，若电源产品是系统工作不可缺少的一部分（如UPS），而且该产品又是作为通用产品销售时，那么该产品可能要进行二次EMC测试。一次是测试产品本身标准规定的EMC性能特性；第二次则根据用户意见与其所属的系统共同进行系统的EMC测试。 　　 　　大量研究表明，来自市电的电磁骚扰是一类最主要的、最恶劣的电磁骚扰。只要能解决该类干扰，则抗扰度问题也就基本解决了。故有人称当今信息社会的技术特征为"一机三件"，即计算机与硬件、软件、电力件。这样，作为市电与电子设备特别是信息技术设备之间电力接口的交流稳压电源，应当具有有效的电力滤波器功能的作用，至少应当对电磁骚扰有明显的衰减抑制作用。这点应当作为交流稳压电源一个必备的功能。自然，对于拥有抗干扰功能的交流稳压电源，不应仅仅提高自己的抗扰度性能，更应当具备使接在其输出端，对EMI敏感的电子产品的EMC性能，获得较大的EMC安全裕度，这才是对干扰噪声有净化功能的抗干扰型交流稳压电源名副其实的一大功能要求。这也就是SJ／T10541－94《抗干扰型交流稳压电源 通用技术条件》的编制依据之一。 　　 　　另一方面，有些与EMC类似的要求已体现在电源产品的性能指标上。例如，交流稳压电源的源电压效应与输出电压总相对谐波含量要求。此外，一些仅对弱电电子设备较敏感的EMC项目，如抗工频磁场干扰、静电放电、辐射电磁场干扰等对大功率电工设备可能影响不大，故在SJ／T10541－94中不列为必须测试项目。这样，对交流稳压电源的EMC要求就有与其它电工、电子产品不同的特殊地方。 　　 　　2 EMC测试项目与要求 　　 　　EMC测试要求根据产品用途分为3大类：即军用类、工商环境使用类、民用及居住区环境使用类。后两者的测试项目、要求、方法等均较一致，差异在于对指标要求上。军用类，因其使用特殊性与后2类有较大差异。此外，航空、船舶设备也因其使用特殊性，除了同军用设备一样有较高要求外，还有国际通用的标准规范。基于市场上销售的交流稳压电源的使用条件，本文重点说明后2类。 　　 　　鉴于社会上对EMC问题日益关注，涉及的专业与产品很多，IEC已将EMC要求作为IEC的基础标准来对待。这就是著名的IEC61000系列标准。该标准在国际上已视为与安全标准同等重要的通用标准。其中之一的IEC61000-4《测试技术》是指导有关EMC测试的基础标准。由于EMC技术是一门复杂的、涉及多门学科的、不断发展的新技术，有关EMC测试项目、要求、方法也在不断修订、完善。因此，IEC61000-4中许多项目仍未正式发布，还处于草案之中。为了便于读者了解这方面知识，我们对涉及交流稳压电源的项目作一介绍，对于有关国家标准采用的IEC项目则重点介绍。 　　 　　IEC6110－4，全名为《Electromagnetic Compa-tibility for Electrical and Electronic Equipment，Part 4：Testing and Measurement Techniques》，即《电气和电子设备的电磁兼容性第4部分：测试技术》。其中列举11个测试项目。与交流稳压电源标准SJ／T10541-94有关的项目与要求介绍如下： 　　 　　IEC61000-4-4：Electrical Fast Transients（Burst）Immunity Test（电快速瞬变脉冲群），SJ／T10541－94与SJ／T10542－94采用了该标准。该项目的目的在于验证设备在承受切换瞬变（感性负载中断、继电器触点跳开等）产生的各种瞬时干扰时的抗干扰性能。其试验严酷度等级（在电源输入端上的干扰发生器（50Ω内阻）开路输出试验电压）分别为1级，0.5kV；2级，1kV；3级，2kV；4级4kV。 　　 　　IEC61000-4-5 Surge Transients Immunity Test（电源或浪涌）。该项内容暂时处于草案之中。与此相关的可参考著名的IEC801-5及美国标准IEEE std587－1980《IEEE Guide for Surge Voltages in Low－Voltage AC Power Circuits》（IEEE导则：低压交流电力电路内的电涌）。电子行业标准SJ／T10541－94及SJ／T10542－94引用了该方面的部分内容<