電子鎮(zhèn)流器EMC認(rèn)證測(cè)量與常見(jiàn)不合格項(xiàng)的分析

1引言

眾所周知，熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器(含霓虹燈電子變壓器等)其核心部分就是一個(gè)DC/AC逆變器，它產(chǎn)生20～70kHz的高頻功率振蕩用以點(diǎn)亮氣體放電燈具，由此會(huì)帶來(lái)電磁干擾(ElectromagneticInterference，即EMI)和抗干擾(ElectromagneticSusceptibility，即EMS)等問(wèn)題。由于近年來(lái)出口市場(chǎng)對(duì)此類產(chǎn)品的需求增加，而歐美澳等國(guó)家對(duì)此類產(chǎn)品均有極嚴(yán)格的一套EMC認(rèn)證要求，因此解決好EMC認(rèn)證就成為廠家能否出口的成功因素之一。

可惜的是，由于條件所限，許多廠家都不可能購(gòu)置價(jià)格不菲的EMC測(cè)試設(shè)備，因此對(duì)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)對(duì)付陌生的EMC認(rèn)證測(cè)試的確是個(gè)頗為棘手的問(wèn)題。

本文試圖較系統(tǒng)地向讀者介紹此類產(chǎn)品的國(guó)際認(rèn)證過(guò)程，測(cè)試方法和測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上提出改進(jìn)此類產(chǎn)品EMC特性的若干可行措施，以供廠家設(shè)計(jì)時(shí)參考。

2電子鎮(zhèn)流器EMC認(rèn)證必須通過(guò)的測(cè)試項(xiàng)目

表1列出了熒光燈電子鎮(zhèn)流器為取得歐共體的CE/EMC認(rèn)證所必須通過(guò)的測(cè)試項(xiàng)目。

在表1中，測(cè)試項(xiàng)1，2，3，10，11屬于EMI特性，4－9則屬EMS。測(cè)試項(xiàng)1，2為電子鎮(zhèn)流器在電源線上發(fā)出的傳導(dǎo)干擾電壓的測(cè)試，其中EN55022標(biāo)準(zhǔn)是作為所有電子信息技術(shù)產(chǎn)品所必須遵守的，ClassB表示室內(nèi)電器，電子鎮(zhèn)流器是一個(gè)電源變換與電子控制電路，應(yīng)屬于這個(gè)范疇。另外它又是一個(gè)電力照明燈具，必須同時(shí)遵守有關(guān)照明燈具的EN55015標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)試項(xiàng)3是關(guān)于電子鎮(zhèn)流器電磁場(chǎng)空間幅射強(qiáng)度的測(cè)試，按規(guī)定應(yīng)用EN55015標(biāo)準(zhǔn)，在9kHz～30MHz頻段，在直徑為2m的空間內(nèi)測(cè)試該電子鎮(zhèn)流器所發(fā)出的磁場(chǎng)，同時(shí)應(yīng)用EN55022標(biāo)準(zhǔn)在30MHz～1GHz頻段及在電磁屏蔽全吸收暗室內(nèi)測(cè)試所發(fā)出的電場(chǎng)。但由于設(shè)備和場(chǎng)地所限，我們沒(méi)有進(jìn)行對(duì)磁場(chǎng)的測(cè)試。我們只用GTEM法對(duì)電場(chǎng)作了測(cè)試。考慮到此類產(chǎn)品電流較小，所發(fā)出的干擾磁場(chǎng)不大，一般無(wú)須調(diào)整都可以通過(guò)，另外用GTEM小室法代替電磁屏蔽全吸收暗室測(cè)試電場(chǎng)，其等效性已為國(guó)際所承認(rèn)，因此我們這種做法并沒(méi)有影響其測(cè)試的精確性。下面我們將選擇送檢廠家最容易出現(xiàn)不合格的那些測(cè)試項(xiàng)作一主要介紹。

3傳導(dǎo)干擾電壓的測(cè)試

表1EMC認(rèn)證測(cè)試項(xiàng)目

圖1傳導(dǎo)干擾電壓測(cè)試系統(tǒng)

圖2LISN簡(jiǎn)化電路

圖1示出對(duì)電子鎮(zhèn)流器傳導(dǎo)干擾電壓測(cè)試的系統(tǒng)圖(Rohde＆Schwarz)。它由配有IEEE488總線以及EMI測(cè)試軟件包ES?K1的PC機(jī)，EMI接收機(jī)(RSHS10)，二線耦合－退耦網(wǎng)絡(luò)器ESH3?5Z以及待測(cè)設(shè)備組成。其中待測(cè)鎮(zhèn)流器與ESH3?5Z均放入一電磁屏蔽室內(nèi)，ESH3?5Z是瑞士Rohde＆Schwarz公司生產(chǎn)的一個(gè)電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)〔LineImpedanceStabilisationNetwork(LISN)〕的產(chǎn)品，圖2示出LISN的簡(jiǎn)化電路，它的作用就是在輸入電源的L和N端分別對(duì)地接入一個(gè)150Ω電阻，由于高頻扼流圈L1，L2(約250μH)的插入，使得150Ω上的RF電壓均來(lái)自待測(cè)的電子鎮(zhèn)流器，我們可用一個(gè)輸入阻抗為50Ω的已校準(zhǔn)好的EMI測(cè)試接收機(jī)ESHS10(或頻譜分析儀)在指定的帶寬下對(duì)之進(jìn)行測(cè)試。這個(gè)LISN含有撥動(dòng)開(kāi)關(guān)可分別測(cè)試L線和N線上的RF電壓。整個(gè)測(cè)試是在軟件包ES?K1的控制下進(jìn)行的。

圖3表示對(duì)一個(gè)節(jié)能燈電子鎮(zhèn)流器的傳導(dǎo)干擾電壓的測(cè)試結(jié)果。圖中曲線A表示Preview?test時(shí)接收機(jī)使用準(zhǔn)峰值檢波得出的測(cè)量結(jié)果，曲線B表示Preview?test時(shí)接收機(jī)使用平均值檢波得出的另一測(cè)量結(jié)果，打X者和打＋者分別表示準(zhǔn)峰值檢波和平均值檢波的Final?test數(shù)值。所謂final?test就是指在曲線A，B的基礎(chǔ)上各找出6個(gè)極大值（這6個(gè)值均要超出極限線或以一個(gè)小于10dBμV的距離接近極限線），在每個(gè)極大值附近再掃頻一次，一般是掃6個(gè)點(diǎn)，得出相應(yīng)6個(gè)干擾電壓值然后求平均，這些平均值就用X和＋來(lái)表示，統(tǒng)稱為Final?test點(diǎn)。要判斷該產(chǎn)品是否合格，就是看所有X點(diǎn)是否在準(zhǔn)峰值檢波的極限線(即C線)之下以及所有＋點(diǎn)是否在平均值檢波的極限線(即D線)之下，如果這兩個(gè)條件都滿足，我們就認(rèn)定該產(chǎn)品通過(guò)了此項(xiàng)測(cè)試。表2給出了EN55015及EN55022ClassB的傳導(dǎo)干擾電壓極限允許值。

表2EN55015、EN55022classB的傳導(dǎo)干擾電壓極限允許值

圖3一個(gè)節(jié)能燈電子鎮(zhèn)流器傳導(dǎo)干擾電壓測(cè)試結(jié)果

需要指出的是極限電平的單位用dBμV表示，根據(jù)dBμV數(shù)=20LogV(μV)，可有1μV=0dBμV。而60dBμV=1mV。在實(shí)際應(yīng)用中，如果廠家需要調(diào)試這一指標(biāo)，但又缺乏上述儀器，則可自已焊接一個(gè)圖2所示的LISN電路，把它插入到電網(wǎng)與待測(cè)樣品之間，然后將LISN的RF電壓輸出端接至示波器的Y輸入軸(注意要并上一個(gè)50Ω電阻)，此時(shí)會(huì)在示波器屏幕上看到一個(gè)50周近似正弦信號(hào)，但其線條比較粗且混有各種不規(guī)則的高頻電壓成份，就在這種情況下我們開(kāi)始調(diào)試待測(cè)樣品所發(fā)出的傳導(dǎo)干擾，可選擇加入下列各種抑制EMI的措施:

（1）雙線繞制的共模扼流圈(見(jiàn)圖4)

當(dāng)共模或者接地噪聲成為顯著時(shí)使用它特別有效。開(kāi)關(guān)型電源包括電子鎮(zhèn)流器幾乎無(wú)一例外地都使用它。它是由同向的雙線繞組繞在鐵氧體磁芯上形成一個(gè)寬帶變壓器允許大小相等但方向相反的電流無(wú)損耗流過(guò)(因?yàn)闆](méi)有磁通形成)，但卻抑制了諸如共模噪聲，地噪聲等帶來(lái)的數(shù)值不等的反向電流(因不平衡的電流在磁芯內(nèi)形成一個(gè)扼流電感)。它另一優(yōu)點(diǎn)是在正常運(yùn)用時(shí)磁芯遠(yuǎn)離飽和。

（2）LC差模濾波器

當(dāng)單純使用共模濾波仍然不能解決問(wèn)題時(shí)，就需要再接入差模濾波器(見(jiàn)圖5)，這是一個(gè)由電感、電容接成L型或π型的低通濾波器用以衰減電源線上傳導(dǎo)的EMI電壓。L值常取1mH～20mH，C取47nF、耐壓為275VAC的安全電容。

（3）電源輸入級(jí)濾波器

對(duì)于功率較大(例如大于50W)的電子鎮(zhèn)流器或開(kāi)關(guān)電源，它們產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾會(huì)更大，這時(shí)就需要接入兩級(jí)共模扼流圈以及4個(gè)旁路電容，如圖6所示形成一個(gè)所謂電源輸入級(jí)濾波器。L1，L2的數(shù)值在幾百μH到幾十μH之間，它取決于開(kāi)關(guān)頻率以及所要求的衰減量。接地旁路電容C2，C3的值將受到對(duì)地漏電流的限制，它一般在2?2nF以下，有些甚至小到只取幾百PF。

（4）鐵氧體磁珠

為了減少電源線上的RF干擾，有時(shí)可從電路內(nèi)部想辦法消去噪聲源，這樣會(huì)更經(jīng)濟(jì)。在一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)電源中我們可從電壓和電流變化大的角度找出產(chǎn)生EMI的區(qū)域(見(jiàn)圖7)在那里接入適合的磁珠。通常磁珠是用于消除電路上的高頻寄生振蕩以及開(kāi)關(guān)級(jí)的振鈴，用于大電流處較合適。多數(shù)的磁珠僅限于100Ω阻抗，這使它用在開(kāi)關(guān)電路的低阻線路中特有效。有時(shí)它也與電容接成L型或π型的低通濾波器，但要防止由它而產(chǎn)生新的寄生振蕩，同時(shí)注意磁珠不要被飽和。

圖4在電源與負(fù)載間插入共模扼流圈

圖5差模濾波器

圖6典型的電源輸入級(jí)濾波器

圖7標(biāo)出EMI干擾源的SMPS電路

圖8GTEMCell場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量系統(tǒng)配置 

圖9電子鎮(zhèn)流器幅射干擾場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試結(jié)果

通過(guò)以上措施，一般的傳導(dǎo)干擾問(wèn)題都會(huì)獲得解決。此時(shí)在示波器熒屏上會(huì)看見(jiàn)一個(gè)線條清秀的穩(wěn)定正弦波，這表示RF干擾電壓已受到有效抑制，再正式送樣檢測(cè)就能通過(guò)。

4輻射干擾場(chǎng)的測(cè)試

圖8示出應(yīng)用GTEMCell測(cè)試電子鎮(zhèn)流器幅射電場(chǎng)的系統(tǒng)配置。GTEMCell即GigaHzTransverseElectro?MagneticCell，中文譯為頻率達(dá)到1G的橫向電磁波小室，它是一個(gè)長(zhǎng)約10米的錐形金屬密封小室，室內(nèi)懸掛一塊長(zhǎng)方形薄金屬板，形成一個(gè)類似波導(dǎo)管那樣可傳輸TEM波的內(nèi)部空間，在錐形室內(nèi)的末端壁上置有泡沫全吸收塑料以及4塊并聯(lián)的總值為50Ω的電阻板，后者與接收機(jī)的輸入阻抗相匹配，從而實(shí)現(xiàn)空間無(wú)反射，利用這個(gè)小室可以很方便進(jìn)行對(duì)樣品發(fā)出的幅射干擾場(chǎng)作定量測(cè)試，并將結(jié)果自動(dòng)轉(zhuǎn)換成OATS(OpenAreaTestSystem)數(shù)據(jù)。

圖9示出對(duì)一個(gè)電子鎮(zhèn)流器的OATS測(cè)試結(jié)果，圖中曲線A指電場(chǎng)的垂直分量，B指水平分量，C表示極限曲線。測(cè)量時(shí)要求A，B均不能超過(guò)C。一般來(lái)說(shuō)如果設(shè)計(jì)時(shí)已考慮有相當(dāng)?shù)钠帘未胧?例如采用金屬外殼)以及已使用適宜的濾波器使傳導(dǎo)干擾降下來(lái)，那么幅射場(chǎng)干擾的達(dá)標(biāo)是不成問(wèn)題的。對(duì)于10幾瓦的小功率電子鎮(zhèn)流器甚至可采用塑料外殼。對(duì)于個(gè)別產(chǎn)品幅射場(chǎng)強(qiáng)特別大的，應(yīng)考慮在di／dt，dv／dt大的地方加入D、C、R緩沖吸收電路。

表3給出EN55022ClassB規(guī)定的幅射場(chǎng)強(qiáng)極限值

表3EN55022classB規(guī)定的幅射場(chǎng)強(qiáng)極限值

輸入電流諧波測(cè)試對(duì)廠家獲得EMC認(rèn)證同樣是重要的。對(duì)25W以下的電子鎮(zhèn)流器一般無(wú)須特別調(diào)整就能通過(guò)。但對(duì)25W以上的，因國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)此類照明燈具須改用ClassC要求，這時(shí)就需要加入PFC功率因數(shù)校正電路才能有可能通過(guò)。圖10示出應(yīng)用EMC?PARTNER公司出品的諧波測(cè)試儀HARMONICS?1000對(duì)一個(gè)21W的電子鎮(zhèn)流器輸入電流諧波分量測(cè)試結(jié)果。圖10的上半部表示2～40次電流諧波測(cè)量值。下半部的曲線A表示輸入AC電壓波形，曲線B表示輸入電流波形。此鎮(zhèn)流器內(nèi)含一無(wú)源PFC電路(見(jiàn)圖11)，因而使功率因數(shù)提高到0.987，輸入電流也接近為正弦波。

圖10輸入電流諧波分量測(cè)試結(jié)果

圖11一個(gè)含無(wú)源PFC電路的28W電子鎮(zhèn)流器

對(duì)30W中功率以上的電子鎮(zhèn)流器常采用獨(dú)立的有源PFCIC例如TDA4847，KA7514，MC34261，UC1852等等。目前有多功能的專用IC例如KA7531，ML4830等，它們集PFC，鎮(zhèn)流器控制及驅(qū)動(dòng)器于一體，具有三步熱起動(dòng)，零電壓開(kāi)關(guān)，過(guò)熱保護(hù)，可調(diào)光等功能。因而更有利于EMC認(rèn)證的總體通過(guò)。

在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，如果廠家缺乏儀器，建議采用以下應(yīng)變措施：即把一個(gè)1Ω／1W的電阻串接于輸入L線上，用示波器觀察電阻兩端波形，如果其形狀近乎正弦波，便表示輸入電流諧波合格。

6抗脈沖干擾與浪涌試驗(yàn)

這是電子鎮(zhèn)流器的兩個(gè)常規(guī)的抗干擾試驗(yàn)。我們使用EMC?PARTNER公司出品的瞬態(tài)特性測(cè)試儀TRANSIENT?1000對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試。在一般情況下如果電路都接有:

（1）LC輸入級(jí)濾波器；

（2）壓敏電阻(其額定電壓為390V或者430V)；

（3）開(kāi)關(guān)管耐壓Vceo大于500V者。

那么通過(guò)這兩項(xiàng)測(cè)試是沒(méi)問(wèn)題的。要注意的是有些廠家喜歡把壓敏電阻接在輸入級(jí)的最前端，有時(shí)當(dāng)浪涌電壓來(lái)臨時(shí)壓敏電阻還來(lái)不及導(dǎo)通而讓開(kāi)關(guān)管擊穿。如果把壓敏電阻置于濾波器LC之后，由于LC對(duì)浪涌電壓有若干延遲和衰減作用，使壓敏電阻適時(shí)地導(dǎo)通，保護(hù)了電子鎮(zhèn)流器。

7小結(jié)

以上我們介紹了進(jìn)行電子鎮(zhèn)流器EMC認(rèn)證所必須通過(guò)的測(cè)試項(xiàng)目，并就送檢廠家常見(jiàn)的不合格項(xiàng)在測(cè)試方法，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，以及不合格的成因和對(duì)策方面給出主要描述。以上內(nèi)容同樣適用于開(kāi)關(guān)型電源。