高校電磁抗擾度測(cè)試（EMS）實(shí)驗(yàn)室的規(guī)劃與建設(shè)

高校電磁抗擾度測(cè)試(EMS)實(shí)驗(yàn)室的規(guī)劃與建設(shè)王麗萍【摘要】AlongwiththeenforcementofElectromagneticCompatibility(EMC)standards,ElectromagneticSusceptibility(EMS)performancetestingarehighlyvaluedbythemanufacturers,theuniversitiesandtheresearchinstitutes.EMCperformancetestlaboratoryforteachinginuniversitieshasbecomeanimportantissue.Inthispaper,WediscussthedesignandconstructionofEMSperformancetestprojectsandenvironmentprojects.WehopetoprovidereferenceforuniversityaccelerateEMCLaboratory.%我國(guó)電子產(chǎn)品的電磁兼容性(EMC)與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比有很大差距。國(guó)際上越來(lái)越多的國(guó)家強(qiáng)制性執(zhí)行電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的EMC已經(jīng)成為制約我國(guó)電子產(chǎn)品出口的一個(gè)技術(shù)壁壘，受到國(guó)內(nèi)各廠商高度重視。對(duì)于普通高校電子信息類專業(yè)來(lái)說(shuō)，擁有自己的電磁兼容實(shí)驗(yàn)室，開設(shè)必需的測(cè)試項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的EMC理念和測(cè)試技能是非常必要的。如何建設(shè)適合高校教學(xué)的電磁兼容測(cè)試實(shí)驗(yàn)室也就成為一個(gè)重要的課題。文章對(duì)實(shí)驗(yàn)室EMS測(cè)試項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和環(huán)境建設(shè)要求等方面進(jìn)行了探討，以期能為高校加快電磁兼容實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)提供參考?！酒诳Q】《銅陵學(xué)院學(xué)報(bào)》【年(卷)，期】2015(000)003【總頁(yè)數(shù)】3頁(yè)(P96-98)【關(guān)鍵詞】電磁抗擾度測(cè)試(EMS);電磁兼容(EMC);高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)【作者】王麗萍【作者單位】銅陵學(xué)院，安徽銅陵244000【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】TN98;TM937.3隨著電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代光電設(shè)備出現(xiàn)在我們生活的各個(gè)角落，它們?cè)谥車臻g不斷產(chǎn)生電磁干擾，電磁污染日益嚴(yán)重。同時(shí)各類光電設(shè)備也不可避免地工作在電磁環(huán)境中，必須解決在電磁環(huán)境中的適應(yīng)能力問題。因此，電磁兼容性（EMC）作為抗電磁干擾（EMI）影響的一門新型學(xué)科，被納入電子信息、通信工程類專業(yè)課程教學(xué)之中。主要是學(xué)習(xí)和研究如何控制和消除電磁干擾，使電子系統(tǒng)與其它設(shè)備系統(tǒng)工作時(shí)，不受電磁干擾而降低系統(tǒng)的工作性能。建設(shè)適合高校教學(xué)的電磁兼容測(cè)試實(shí)驗(yàn)室也就成為一個(gè)重要的課題。電磁兼容測(cè)試包括電磁干擾測(cè)試（EMI）和電磁抗擾度測(cè)試（EMS:ElectromagneticSusceptibility）。電磁抗擾度測(cè)試也稱電磁敏感度測(cè)試，是指在存在電磁騷擾的情況下，裝置、設(shè)備或系統(tǒng)不降低其運(yùn)行性能的能力［1］。本文主要介紹《光電技術(shù)應(yīng)用》課程中，針對(duì)LED和照明系統(tǒng)開展的EMS測(cè)試實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試項(xiàng)目設(shè)計(jì)和環(huán)境建設(shè)方案。組建一個(gè)電磁兼容實(shí)驗(yàn)室，耗資較大，一般最小規(guī)模也在200萬(wàn)元以上，所以實(shí)驗(yàn)室建設(shè)應(yīng)當(dāng)考慮綜合效益。其測(cè)試項(xiàng)目、規(guī)模和精度既要滿足教學(xué)要求，又要與地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展相適應(yīng)，滿足教師科研和為地方服務(wù)的需求。教師和工程師必須首先設(shè)計(jì)好具體的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，合理選擇經(jīng)濟(jì)、性能和精度達(dá)標(biāo)的設(shè)備，依據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)場(chǎng)地現(xiàn)實(shí)做出建設(shè)規(guī)劃。銅陵是我國(guó)重要的電子基礎(chǔ)材料基地，有國(guó)家級(jí)電子材料產(chǎn)業(yè)園。銅陵市光電產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)形成比較完整的太陽(yáng)能光伏、LED和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈。銅陵學(xué)院作為一所應(yīng)用型示范性地方高校，承擔(dān)著為地方輸送專業(yè)人才的任務(wù)，開設(shè)了《光電技術(shù)應(yīng)用》等專業(yè)課程。通過企業(yè)調(diào)研，確定了以LED和照明系統(tǒng)為測(cè)試對(duì)象建設(shè)電磁兼容實(shí)驗(yàn)室，設(shè)計(jì)了經(jīng)濟(jì)實(shí)用的EMS測(cè)試實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，建設(shè)了合格的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，在支持教學(xué)同時(shí)，也為企業(yè)提供研發(fā)檢測(cè)服務(wù)。靜電放電抗擾度的測(cè)試[2]測(cè)試目的：靜電電荷積累是一種非常普遍的現(xiàn)象。當(dāng)大量的靜電電荷在極短時(shí)間積聚，會(huì)釀成嚴(yán)重事故。該測(cè)試用以評(píng)估設(shè)備遭受靜電放電時(shí)的性能。測(cè)試依據(jù)：試驗(yàn)需嚴(yán)格按照IEC61000-4-2和GB/T17626.2要求進(jìn)行。測(cè)試方法：直接接觸放電、空氣放電、耦合放電。測(cè)試設(shè)備：標(biāo)準(zhǔn)靜電桌和靜電發(fā)生器。測(cè)試對(duì)象：直接接觸放電針對(duì)外露金屬、空氣放電針對(duì)非金屬按鍵及縫隙。本項(xiàng)目選用了杭州遠(yuǎn)方儀器有限公司生產(chǎn)的EMS61000-2A型靜電放電發(fā)生器。這是針對(duì)靜電放電抗擾度試驗(yàn)的特點(diǎn)和要求而專門設(shè)計(jì)的設(shè)備，適用于半導(dǎo)體大電壓±20kV;放電間隔0.050~30s；放電網(wǎng)絡(luò)150pF/330Q。符合IEC61000-4-2和GB/T17626.2標(biāo)準(zhǔn)要求，測(cè)試等級(jí)可以滿足LED和照明產(chǎn)品的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。HBM波形參數(shù)：HBM模式下短路電流波形如圖1。MM波形參數(shù)：短路電流測(cè)試波形如圖2所示。IEC波形參數(shù)：圖3所示為IEC模式下的短路電流波形。通過測(cè)試，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)符合IEC61000-4-2和GB/T17626.2標(biāo)準(zhǔn)要求，靜電放電抗擾測(cè)試等級(jí)可以滿足LED和照明產(chǎn)品的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。電快速瞬變脈沖群抗擾度測(cè)試測(cè)試目的：為了驗(yàn)證電氣和電子設(shè)備對(duì)諸如來(lái)自瞬態(tài)切換過程（切斷感性負(fù)載、繼電器觸點(diǎn)彈跳等）中產(chǎn)生的瞬變騷擾的抗擾度。測(cè)試依據(jù)：試驗(yàn)需嚴(yán)格按照IEC61000-4-4和GB/T17626.4要求，測(cè)試等級(jí)根據(jù)具體的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)試對(duì)象：被試設(shè)備電源端口、保護(hù)接地、信號(hào)和控制端口。測(cè)試方法：試驗(yàn)時(shí)將模擬脈沖通過耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)疊加在電源端口，或通過電容耦合夾將脈沖疊加在信號(hào)和控制端口。電快速瞬變脈沖群由成群出現(xiàn)的窄脈沖組成，具備高幅值（kV級(jí)）、上升沿陡峭（ns級(jí)）、高重復(fù)率（kHz~MHz）、短持續(xù)時(shí)間（35~150ns）和低能量特點(diǎn)。我們選用的EMS61000-4A智能型群脈沖發(fā)生器是用于模擬切換瞬態(tài)過程（切斷感性負(fù)載、繼電器彈跳等）產(chǎn)生的高速重復(fù)的高頻噪聲，進(jìn)入電源線的線路噪聲和信號(hào)線的感應(yīng)噪聲。用于電子產(chǎn)品的群脈沖抗擾度性能評(píng)價(jià)?？梢詼y(cè)試的技術(shù)指標(biāo)有試驗(yàn)電壓峰值：4.8kV;試驗(yàn)頻率：0.1-1000kHz;上升時(shí)間：5ns±3%;每個(gè)脈沖個(gè)數(shù)：1-255;群脈沖周期20ms-99999ms。浪涌（沖擊）抗擾度測(cè)試測(cè)試目的：浪涌現(xiàn)象在電力電子線路中非常常見，比如在電力系統(tǒng)開關(guān)瞬態(tài)、雷電瞬態(tài)（間接雷）等狀況下，電壓和電流會(huì)發(fā)生迅速變化，并耦合到內(nèi)部電力電子線路中，形成過電壓、過電流。導(dǎo)致電子設(shè)備功能降低、運(yùn)行出錯(cuò)甚至損毀等嚴(yán)重后果。該試驗(yàn)用于評(píng)定設(shè)備抗浪涌的能力。測(cè)試設(shè)備：雷擊浪涌耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)與雷擊浪涌發(fā)生器配合使用。測(cè)試依據(jù)：依據(jù)IEC61000-4-5、GB17626.5標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格評(píng)定被試設(shè)備的浪涌抗擾度性能。測(cè)試對(duì)象：設(shè)備的電源端口和信號(hào)端口。浪涌（沖擊）抗擾度測(cè)試可以為評(píng)定電子設(shè)備的電源線、輸入/輸出線、通信線浪涌抗擾度性能提供一個(gè)準(zhǔn)確、理想的依據(jù)。我們選用的是EMS61000-5A型智能型雷擊浪涌發(fā)生器。該儀器采用240x64LCD顯示、程控升壓；內(nèi)置單相耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)，浪涌極性、耦合路徑的切換均采用程控設(shè)計(jì)；內(nèi)置電壓及電流差分探頭、具有浪涌電壓、電流峰值測(cè)量功能；外配標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)線圈可進(jìn)行脈沖磁場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)。主要技術(shù)參數(shù)：電壓峰值：7kV（10kV、15kV可選）；輸出波形：電壓波1.2/503、電流波8/20ps；輸出極性：正/負(fù)/交替；觸發(fā)模式：同步/異步；測(cè)試次數(shù)：1-9999;測(cè)試間隔：10s-9999s。在實(shí)際測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，該儀器內(nèi)置耦合去耦網(wǎng)絡(luò)與試品供電網(wǎng)絡(luò)（50Hz/60Hz）相連時(shí)，無(wú)論有無(wú)接被測(cè)設(shè)備，流經(jīng)L相的電流不等于流經(jīng)N相的電流，地線中會(huì)流經(jīng)數(shù)安培的電流，因此會(huì)造成有安裝漏電保護(hù)器的回路跳閘，應(yīng)采取相應(yīng)措施。電壓跌落抗擾度測(cè)試測(cè)試目的：當(dāng)電網(wǎng)、電力設(shè)施故障或負(fù)荷突然出現(xiàn)大的變化，會(huì)導(dǎo)致低壓電網(wǎng)出現(xiàn)電壓暫降、短時(shí)中斷、電壓變化等現(xiàn)象，可能引發(fā)電子設(shè)備故障。為了確保設(shè)備運(yùn)行可靠，評(píng)定被試設(shè)備電壓跌落抗擾度性能。測(cè)試依據(jù)：本試驗(yàn)依據(jù)IEC61000-4-11和GB/T17626-11等標(biāo)準(zhǔn)要求；測(cè)試對(duì)象：設(shè)備電源端口；測(cè)試設(shè)備：電壓跌落發(fā)生器；測(cè)試方法：將電壓跌落模擬信號(hào)輸入至被測(cè)設(shè)備電源端口。我們使用的是EMS61000-11K智能型周波跌落發(fā)生器。電壓跌落范圍：0%-120%；試驗(yàn)?zāi)Ｊ剑弘妷簳航?、短時(shí)中斷及電壓變化；重復(fù)時(shí)間：0ms~99999ms；跌落時(shí)間：1ms~9999ms；測(cè)試次數(shù)：1~99999次；試品容量：90V~230V,16Amax,47Hz~63Hz。—般來(lái)說(shuō)，電磁干擾包括傳導(dǎo)型（低頻）EMI、輻射型（高頻）EMI、靜電放電（EsD）或雷電引起的EMI。1.電源的建設(shè)建成EMC實(shí)驗(yàn)室的房間必須潔凈，沒有無(wú)關(guān)物品，完全專用于EMC測(cè)量。只要條件許可，需要一個(gè)由金屬制成并可靠連接大地的地參考平面。如果條件不允許（如房間不在第一層），至少應(yīng)該接上良好的保護(hù)地系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)所有金屬物體必須可靠接地或予以清除。電源系統(tǒng)必須“凈化”（在電源進(jìn)入EMC實(shí)驗(yàn)室之前的某處正確接入線路濾波器）。2.屏蔽室的建設(shè)屏蔽室用于隔離室內(nèi)和室外的電磁環(huán)境，既可防止外部電磁干擾進(jìn)入室內(nèi)，影響被試設(shè)備的測(cè)試，同時(shí)又可限制室內(nèi)大功率高頻設(shè)備的電磁泄漏。半電波暗室：電波暗室除地面為金屬反射面外，其余面均貼有吸波材料，可模擬開闊場(chǎng)地的測(cè)試條件。電波暗室相對(duì)于開闊場(chǎng)而言，它不受氣候條件的限制和背景噪聲的影響，作為電磁干擾的替換測(cè)試場(chǎng)地得到廣泛應(yīng)用。本文以LED和照明系統(tǒng)為主要測(cè)試對(duì)象介紹了一種EMS實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目設(shè)計(jì)和環(huán)境建設(shè)，一般教學(xué)需求完全可以滿足。經(jīng)過實(shí)際比對(duì)，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試誤差小于12%，同國(guó)家專業(yè)級(jí)EMC實(shí)驗(yàn)室相比，其精度等級(jí)還達(dá)不到要求。主要是暗室環(huán)境沒有完全達(dá)標(biāo)，應(yīng)該在基本建設(shè)階段就同步規(guī)劃電磁兼容測(cè)試實(shí)驗(yàn)環(huán)境建設(shè)，這樣精度會(huì)進(jìn)一步提高。我國(guó)電子產(chǎn)品的電磁兼容性與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比還具有很大的差距。隨著國(guó)際上越來(lái)越多國(guó)家強(qiáng)制性執(zhí)行電磁兼容