EMC 避坑指南 · 技术笔记

一台设备,多条线路:什么时候可以少用几条

三相 LISN 可以用于单相产品。三线 CDN 却不能用于两线产品。两者答案相反,因为两项标准定义阻抗的方式正好相反。

同一周里来了两个问题,听上去是一回事。“我可以用四线 LISN 测单相产品吗?”以及“我可以把 M3 型 CDN 用在只有火线和零线的 II 类电器上吗?”第一个问题的答案是可以,用您手上已有的证书即可。第二个问题的答案是不可以,而且您设定的电平会有一个在发生器上根本看不出来的偏差。两个答案都来自同一个地方:各自的标准是如何定义该网络的阻抗的。

要点速览
  • CISPR 16-1-2 是按线定义 LISN 的阻抗的,即每一个被测设备 (EUT) 端子与参考地之间的阻抗。每一条线都是一个独立的网络,未使用的线不会改变它。
  • IEC 61000-4-6 把 CDN 的阻抗定义为一个共模量,测量时全部被测设备 (EUT) 端子并接在一起。少接一条线,阻抗以及测试电平背后的分压系数都会改变。
  • 一份校准证书覆盖的是当时被测量的那种配置:LISN 是逐线测的,CDN 是全部线并接后测的。

LISN:阻抗是逐线定义的

CISPR 16-1-2 用每一个被测设备 (EUT) 端子与参考地之间的阻抗来规定 V 型网络,测量时接收机端口以 50 Ω 端接。50 Ω / 50 µH 曲线以及 ±20 % 与 ±11.5° 的容差,对每一条线各自成立。网络本身也正是这样造出来的:每一条线都有自己的 50 µH 电感、自己的 50 Ω 终端负载,以及自己通往接收机端口选择开关的抽头。用于三相供电的四线网络,就是装在同一个机箱里、共用一套电源滤波器和一个开关的四个单线网络。

四线 V 型网络(三相 LISN) 50 µH / 50 Ω 单线网络电源 L1被测设备 L1 50 µH / 50 Ω 单线网络电源 L2被测设备 L2(未使用) 50 µH / 50 Ω 单线网络电源 L3被测设备 L3(未使用) 50 µH / 50 Ω 单线网络电源 N被测设备 N L1 对参考地的阻抗 Z N 对参考地的阻抗 Z 接收机端口选择开关每次只把一条线接到接收机,其余各线保持 50 Ω 端接
每一条线对参考地的阻抗都是单独定义、单独制造、单独校准的。把一台单相产品接到 L1 和 N 上,用掉的是四个网络中的两个,另外两个闲置不动。

因此,接在四线网络 L1 与 N 上的单相产品,所看到的阻抗与一台两线网络所呈现的完全一致,证书上 L1 与 N 两行的数值就是适用的数值。未使用的被测设备 (EUT) 端子直接空着即可;无需端接或短接,因为定义中没有任何一项取决于它们。不过仍有三件事必须做对:

  • 接收机端口选择开关要切到正在测量的那条线上,并且每一条使用中的线都要依次测量,就像在两线网络上那样。
  • 贵方所依据的证书必须列出每一条线的阻抗、分压系数与隔离度。一份只报告一条线并称其具有代表性的证书,并不覆盖其余各线。
  • 比较必须限于同一种网络类型。50 µH 的 V 型网络少用几条线,它仍然是 50 µH 的 V 型网络。它不会因此变成用于汽车供电的 5 µH 网络或 Δ 型网络,那些是不同的定义。

CDN:阻抗是对所有线一并定义的

IEC 61000-4-6 并不逐线定义 CDN 的阻抗。附录 A 规定的是被测设备 (EUT) 端口处的共模阻抗,测量时全部被测设备 (EUT) 端子并接在一起,并经 150 Ω 转 50 Ω 转接器接到分析仪:26 MHz 以下为 150 Ω,容差 ±20 Ω,其上更宽。“共模”这个词正是关键所在。骚扰是以相同幅度和相位同时耦合到每一条线上的,而 150 Ω 正是这条合成路径的阻抗。

M 型 CDN 的构造直接源于这个定义。射频输入经由各自的耦合电阻到达每一条线,电阻值的选取使所有线的电阻并联后为 100 Ω。再加上发生器路径的 50 Ω,被测设备 (EUT) 看到的就是 150 Ω。标准自身的参考电路给出了这些数值:M1 为 100 Ω,M2 每线 200 Ω,M3 每线 300 Ω。

CDN M3,三条线全部使用 射频输入 50 Ω 信号源 300 Ω 300 Ω 300 Ω LNPE 被测设备端子并接 300 ∥ 300 ∥ 300 = 100 Ω + 50 Ω 信号源 = 150 Ω,符合规定 CDN M3,PE 未接 射频输入 50 Ω 信号源 300 Ω 300 Ω 300 Ω LNPE 断开 300 ∥ 300 = 150 Ω + 50 Ω 信号源 = 200 Ω,超出容差
图中为 IEC 61000-4-6 参考电路中的理想电阻值。实际网络还包含去耦扼流圈与耦合电容,但决定共模阻抗的正是这些电阻的算术关系。

把 M3 的一条线空着不接,就只剩两个电阻并联:150 Ω 加上信号源的 50 Ω,被测设备 (EUT) 端口处为 200 Ω。26 MHz 以下的容差是 130 Ω 至 170 Ω。这时网络已经超出标准,而且发生器上没有任何设置能把它拉回来。同样的算术适用于任何一台使用线数少于设计线数的 M 型网络:

网络已接线数被测设备端口处的共模阻抗对照 150 Ω ± 20 Ω
M3L、N、PE150 Ω符合规定
M3仅 L、N200 Ω超出
M3仅一条线350 Ω超出
M2L、N150 Ω符合规定
M2仅一条线250 Ω超出

为什么错的不只是阻抗,还有电平

阻抗是这个问题中看得见的那一半。另一半是电平。IEC 61000-4-6 是在被测设备 (EUT) 端口接上 150 Ω 转接器、全部端子并接的条件下设定测试电平的,并记录下产生所需电压时的发生器设定值。随后这个设定值就被用于产品。只有当产品端口所呈现的配置与设定电平时的配置相同,它才是有效的。少接一条线,从射频输入到被测设备 (EUT) 端子的分压系数就变了,于是记录下来的设定值在产品上产生的是另一个电压。测试报告上会写 3 V 或 10 V,而产品实际承受的却是别的数值,并且工作台上没有任何一个读数能显示出来。

这也正是为什么一份 CDN 校准证书只适用于一种配置。共模阻抗与分压系数是在全部被测设备 (EUT) 端子并接的条件下测量的,因为标准就是这样定义它们的。一份针对 M3 的证书,对同一台设备当作 M2 使用时没有任何说明力。

两线产品遇上三线网络该怎么办

用一台为两条线设计的网络。M2 网络才是 II 类电器的正确工具,M1 则用于单根导体。如果一间实验室在同一工作台上既测 I 类产品又测 II 类产品,那么像 CDN M016 这样的可切换网络会在两线与三线配置之间改变其内部电阻的接法,使两种配置都在容差之内,并且两档设置都经过校准。行不通的做法是把未使用的 PE 端子接到接地平板上来“补全”网络。那会在射频输入与地之间接入一条 300 Ω 的路径,把电流引入平板而不是引入产品,分压系数又一次变得不同。标准规定的那种配置,才是校准所覆盖的唯一配置。

两种定义,两个答案

LISN,CISPR 16-1-2CDN,IEC 61000-4-6
阻抗的定义方式每一个被测设备 (EUT) 端子与参考地之间,一次一条线全部被测设备 (EUT) 端子并接后与参考地之间,共模
其余各线不进入定义;每一条线都有自己的网络是定义的一部分;每一条线各承担一条并联耦合路径
构造方式相互独立的 50 µH / 50 Ω 网络,配一个接收机端口选择开关一个耦合网络,其每线电阻按线数配置取值
校准方式逐线进行:每线的阻抗、分压系数与隔离度全部端子并接:共模阻抗、分压系数、去耦度
少用几条线有效。所用各线不受影响,其证书数值依然适用无效。阻抗与分压系数都会改变,而证书并不覆盖这种用法

在少接几条线之前

先问标准是如何定义阻抗的是按每个端子,还是对全部端子一并定义。仅凭这一个问题就能决定任何多线网络的答案,包括 ISN 与多线瞬态耦合器。
核对证书测的是什么一份 LISN 证书应当列出每一条线。一份 CDN 证书则会写明端子是按哪种配置并接的。如果贵方的用法与当时所测的不同,证书就不覆盖它。
让网络与端口相匹配两根导体用 M2,三根用 M3。可切换网络的每一档设置都经过校准;请使用与产品相匹配的那一档,以及与之配套的校准文件。
把配置写进报告测了 LISN 的哪几条线、CDN 用的是哪种配置、适用的是哪一份证书。审核员在读报告时不应该还要开口问。

一台网络兼顾两种配置

对于既有 I 类又有 II 类产品的工作台,实用的答案是用一台自己改变电阻接法的网络,而不是靠操作人员空着一条线。Teseq CDN M016 正是这样做的。

Teseq CDN M016 可切换 M2/M3 耦合去耦网络
耦合去耦网络,IEC 61000-4-6

Teseq CDN M016,可在 M2 与 M3 之间切换

一台 16 A 电源线 CDN,带一个用于选择两线(L、N)或三线(L、N、PE)配置的开关。在每一档位置上,内部耦合电阻都是标准参考电路所要求的数值,因此无论产品是否带保护接地,被测设备 (EUT) 端口处的共模阻抗都保持在 150 Ω。

  • 可切换 M2 或 M3:L 与 N,或 L、N 与 PE
  • 150 kHz 至 230 MHz,16 A,被测设备 (EUT) 端口与 AE 端口均为 4 mm 安全香蕉插座
  • 共模阻抗 150 Ω ±20 Ω 至 24 MHz,其后 150 Ω +60 / −45 Ω 至 80 MHz,再至 230 MHz 为 ±60 Ω
  • 电压分压系数 9.5 dB,+1.5 / −1 dB,从 150 kHz 至 80 MHz
  • 交流线对地 250 V、线对线 433 V,直流 400 V 与 800 V
  • M016S 版本另配校准转接器组:两种配置各自的共模转接器、100 Ω 转接器与一个 50 Ω 终端负载

每一种配置都是一次单独的校准,发生器中也要为每种配置保存一个电平设置文件。证书会注明所测的是哪一档。规格取自 AMETEK CTS CDN M 系列数据手册。报价请联系我们。

我们的做法

在现场,我们逐线校准 LISN,因此一台少用几条线的网络仍由同一份证书覆盖。CDN 则在被测设备 (EUT) 端子并接的条件下测量,网络提供的每一种配置都测,并在证书上注明。LISN 与 ISNCDN 两个页面列出了各项参数与范围。若贵方不确定工作台上的某台网络是否正按其校准时的配置使用,请把证书和一张配置照片发给我们。

“All for one and one for all.”(人人为我,我为人人。)
Alexandre Dumas,出自 The Three Musketeers(《三个火枪手》)。

CDN 就是这样:它的阻抗是把所有线放在一起定义的。而 LISN 则是各线各管各的。

告诉我们您需要测试什么

我们会在一个工作日内回复报价或方案。

联系我们