传导骚扰：电压法与电流法

 

标准要求：根据国家标准GB/T18655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制和测量方法，等同于国际标准CISPR25，用于评估汽车及其零部件产生的各种电磁骚扰对车内无线接收机的骚扰程度，并列出了不同等级的限值要求，对骚扰加以限制。

 

对于汽车电子零部件EMC试验项目中的传导测试大家并不陌生，其测试的目的是考查电子零部件在运行时对供电系统的骚扰情况。通常传导骚扰的试验方法可分为两种，一种是传导电压试验方法，另一种是传导电流试验方法。

 

讨论话题：

 

1）讨论传导电压法和电流法测试原理的不同；

2）相同等级下，对比电压法和电流法哪个测试限值较为严酷；

3）传导电压法和电流法骚扰抑制的分析思路。

 

一、传导电压法和电流法原理比较

 

1）传导电压法测试原理：

 

传导电压法测试频率范围：0.15－108MHz

 

被测件应放置在无导电性、低相对介电常数材料（εr≤1.4）上，距参考接地平面上方50 mm±5 mm。被测件外壳不应与参考接地平面相连，除非为了模拟实际车辆结构。被测件各表面距参考接地平面边界至少100 mm。被测件外壳接地时，接地点离参考接地平面边缘至少100 mm。人工网络连接器与被测件连接器之间的电源线长度Lp应为200mm。线束沿一条直线放置在无导电性、低相对介电常数材料（εr≤1.4）上，距参考接地平面上方50 mm±5 mm的位置。为了使电源线和输入/输出导线之间的耦合最小，不同类型导线间距应尽量大（输入/输出导线与连接人工网络和被测件的电源线间垂直距离≥200mm）。

 

2）人工网络原理

 

图1

 

3）传导电压法布置示意图

 

图2

 

 

4）传导电流法测试原理：

 

传导电流法测试频率范围：0.15－245MHz

 

电流探头在距离被测件50 mm和750 mm两个位置进行测试，可以采用共模和差模测试。其试验线束应为1700mm长（或试验另有规定），且应放置在无导电性、低相对介电常数材料（εr≤1.4）上，位于参考接地平面上方50 mm±5 mm的位置。除非在试验计划中另有规定，否则这些试验线束应该彼此平行并且彼此靠近。

 

传导电流法布置示意图

 

图3

 

 

5）通过以上对比，总结传导电压法与电流法测试原理的不同点：

 

a)测试频率不同，传导电压法测试频率范围:0.15~108MHz，传导电流法测试频率范围：0.15－245MHz；

 

b)测试原理不同，传导电压法为差模测试，通过人工网络的耦合端口，直接测量电源线束上的电磁噪声，而电流法采用电流探头测量线束上的电磁噪声，测量线束包含电源线束、信号线束或负载线束等，电流探头可采用共模测量或差模测量两种方式；

 

c)应用场景不同，电压法为直接接入测量，数据重复性好，稳定度高，但耦合网络的介入，会改变线束的阻抗，对于信号线、负载线可能不适用。电流探头法为间接测量，探头将线束上的场能量转换为电流信号，再进行测量，由于没有耦合网络的接入，不改变线束的阻抗，不会对信号造成影响。但在电流法测试中，探头布置的位置、高度、线束间平行间距、线束绑扎的松紧，都会对测量结果造成影响，因此测试数据的重复性不及电压法；

 

d)布置线束长度不同，电压法的线束长度为200mm左右，测量电源正极与负极，电流法的线束为1700mm左右，测量50mm和750mm两个位置。

 

二、相同的等级下，对比电压法和电流法哪个测试限值更为严酷

 

汽车电子零部件的EMC测试中，往往会同时要求测量传导电压法和电流法两种测试方法。在认证检测或研发测试中，工程师们会惊讶地发现，在相同的测试等级要求下，传导电压法测试通过了，电流法却通不过，然而在进行EMC整改时，同样会发现，电压法增加共摸抑制或差模抑制就能很好地改善电压传导的测试结果，将这些方法用到电流传导的整改中，效果却差强人意，有时完全没有任何效果。同时测试限值中数值的直观对比，又给工程师们制造了电流法限值比电压法限值更严酷的印象。下面我将从原理上给大家讲解，传导电压法和电流法限值如何对比。

 

首先我们来看2张曲线图，以国家标准GB/T18655传导等级3为例。

 

图4 传导电压法限值

 

图5 传导电流法限值

 

先讨论第一个问题，为什么EMC工程师们会认为电流法限值比电压法限值更加严酷呢，造成这种现象的主要因素就是对数字的直观感受。

 

图6

 

等级3限值表中，0.15－0.3MHz频段，电压法PK限值为90，电流法PK限值为70，电流法比电压法严酷了20dB, 再看76－108MHz频段, 电压法PK限值为50，电流法PK限值为16，相差34，那实事果真如此吗？电流法比电压法更加严酷吗？显然是否定的，电压法测量单位是电压V，电流法的测量单位是电流A，根据欧姆定律可知，已知电压求电流，还需要一个已知参数——电阻。

 

于是我们先分析人工网络的阻抗曲线，它给出了人工网络在不同的频率下所呈现出的阻抗值。下图7为人工网络的阻抗曲线图，给定频宽为0.1-100MHz。

 

图7

 

图8

 

我们从图7和图8中得到了一个非常重要信息，即获得了一个变化的R（Z）值。从0.1MHz开始，其阻抗Z是随频率的上升缓慢增大，一直到7MHz后,整个阻抗才接近于稳定，这个数据告诉我们，人工网络的阻抗在不同的频率下，Z值是不同的，频率越高Z值最大，频率越低Z值越小。那么问题又来了，我们拿到这些数值又如何运用呢？

仍然以等级3为例。

 

 图9 

 

图9左为电压法限值，右为电流法限值，以频率300kHz为例，电压法PK限值为90dBuV，为方便理解，我们用最基础的欧姆定律来进行计算，换算出对应的电流值，对比限值的严酷程度。

 

 

查图8可知，人工网络在频率为300kHz时，标称的阻抗为9.45欧。根据公式，便可计算出此频率点的电流值。根据下式：

 

 

或者利用计算软件，计算出90dBuV对应的电压值为3.162E-02V

 

 

当电阻为9.45欧时，可以计算出电流值为3.346mA

 

 

再根据下式：

 

 

计算结果即为70.5dBuA ，即在300KHz时，阻抗为9.45欧，电压值为90dBuV就得到了对应的电流值70.5dBuA。我们再回看，电流法的限值就是70dBuA，约等于70.5dBuA， 也可以按下式：

 

 

由于人工网络的标称值在上下限的允差，在300KHz时，最小值7.56，最大值11.34，通过计算可得到下表值

 

 

根据人工网络的阻抗允差值为3.78欧，可以计算出对应的电流允差值为3.52dB.

 

三、传导电压法和电流法骚扰抑制的分析思路

 

在传导的EMC整改调试中，电压法的整改方向比较直接，只要处理好被测线束端口，基本就可以解决传导骚扰问题。电流法的整改，要从场－耦合－差模/共模的思路上去分析。在电流法的整改中，抑制场的环路、减小场的耦合是改善电流法的重要手段。

 

 

四、结论总结

 

1）传导电压法与电流法的测试原理不同，电压法为差模测量，属于接入式耦合测量，会破坏线路阻抗，不适用于信号或负载线，而电流法属于间接式感应测量，也可用差模或共模方式进行测量，不破坏端口原有阻抗，能够兼容测量信号、负载线束上的骚扰能量；

 

2）通过以上计算比较，可以得出，电压法限值和电流法限值在本质上是对等，在人工网络阻抗稳定时（约为50欧），电压值与电流值差值在34。但在7MHz之前，人工网络的阻抗是不定的，理解这一点后，就可以得出电压法限值与电流法限制的内在是统一的，结果是互等的，所以从限值上分析，电压法电流法的严酷等级一致；

 

3）测量方法不同。对比电流法和电压法的难易程度，显然是电流法比电压法更难，电压法只测电源线，而电流法不仅测试电源线，还要测试信号线和负载线；

 

4）电流法中，噪声电压恒定，人工网络阻抗越小，线束上的噪声电流越大，感应电流就越大，电流的测量值就会增加，反之，电流的测量值会降低；

 

5）电流法还可能增加差模的测试方法，也不难看出，电流法是电压法的扩展和补充，能够更加全面地考查线束上的电磁噪声情况，所以从测量方法上比较，电流法对EMI的考查会显得更加真实，同时对EMC调试而言会更加复杂；

 

6）整改思路不同，除降低干扰源的方法外，电压法整改更多考虑的是电源端口，而电流法整改更多考虑的是场的相互耦合，比如信号线－电源线－负载线之间的场耦合，电流法不但要解决电源线上的骚扰，还要处理信号线或负载线上的骚扰；

 

7）电压法的整改一般从电源端口进行抑制，就能取得比较好的效果，而电流法的整改则需要从干扰源、结构布局、端口滤波等多方面进行综合评估，尝试采用空间发射的整改思路来分析，并针对干扰源和场耦合路径，采取有效的隔离、屏蔽和滤波等措施进行抑制，电流法的整改就会取得事半功倍的效果。

 

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