EMC测试技术文档

一、EMC基础知识

电磁兼容（EMC）：电子、电气设备或系统在其电磁环境中符合要求运行，并且不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。

主要包括以下三个方面，电磁干扰（EMI），电磁抗扰度（EMS）和电磁环境。

（1）EMI：处在一定环境中的设备或者系统，在正常运行时不应产生超过相应标准所要求的电磁能量，相对应的测试项目有：

①电源线传导骚扰（CE）； ②信号、控制线传导骚扰（CE）； ③辐射骚扰（RE）；

④谐波电流测试（Harmonic）；

⑤电压波动和闪烁测量（FluctuationandFlicker）。

（2）EMS：处在一定环境中的设备或者系统，在正常运行时能承受相应标准规定范围内的电磁能量干扰，相对应的测试项目有：

①静电放电抗扰度（ESD）；

②电快速瞬变脉冲群抗扰度（EFT/B）； ③浪涌（冲击）抗扰度（Surge）； ④辐射抗扰度（RS）； ⑤传导抗扰度（CS）； ⑥电压跌落与中断（DIP）。

（3）电磁环境，即设备或系统的工作环境。

二、EMC相关标准

基础标准GB/T 17626系列中有关试验和测量技术为专业标准化委员会或其他团体、电气电子设备用户以及制造厂商提供了EMC的实用性指导和建议，该系列中基础性试验标准的结构主要规定了：试验等级/限值、试验设备、试验配置、试验程序和试验结果/报告等几个方面。

标准编号 GB/T 4365 GB/T 17624.1 GB 17625.1 GB 17625.2 电磁兼容术语 电磁兼容基本术语和定义的应用与解释 谐波电流限值（设备每相输入电流≤16A） 标准名称 对应国际标准 IEC 60050 (161) IEC 61000 1 1 IEC 61000 3 2 对额定电流大于16A的设备在低压供电系统中产生的电压IEC 61000 3 3 波动和闪烁的 GB/T 17626.1 GB/T 17626.2 GB/T 17626.3 GB/T 17626.4 GB/T 17626.5 GB/T 17626.6 GB/T 17626.7 GB/T 17626.8 GB/T 17626.9 GB/T 17626.10 GB/T 17626.11 GB/T 17626.12 GB/T 17626.13 GB/T 17626.14 GB/T 17626.16 GB/T 17626.17 GB/T 17626.27 GB/T 17626.28 GB/T 17626.29 GB/Z 18039.1 抗扰度测试总论 静电放电抗扰度试验 射频电磁场辐射抗扰度试验 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 浪涌（冲击）抗扰度试验 射频场感应的传导骚扰抗扰度 工频磁场抗扰度试验 脉冲磁场抗扰度试验 阻尼振荡磁场抗扰度试验 电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验 振荡波抗扰度试验 电压波动抗扰度试验 直流电源输入端口纹波抗扰度试验 0Hz～150kHz共模传导骚扰抗扰度试验 三相电压不平衡抗扰度试验 工频频率变化抗扰度试验 直流电源输入端口电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验 电磁环境分类 IEC 61000 4 1 IEC 61000 4 2 IEC 61000 4 3 IEC 61000 4 4 IEC 61000 4 5 IEC 61000 4 6 IEC 61000 4 8 IEC 61000 4 9 IEC 61000 4 10 IEC 61000 4 11 IEC 61000 4 12 IEC 61000 4 14 IEC 61000 4 16 IEC 61000 4 17 IEC 61000 4 27 IEC 61000 4 28 IEC 61000 4 29 IEC 61000 2 5 供电系统及所连设备谐波、谐间波的测量和测量仪器导则 IEC 61000 4 7 交流电源端口谐波、谐间波及电号的低频抗扰度试验 IEC 61000 4 13 表1 GB/T 17626系列中有关试验和测量技术相关标准及对应国际标准

三、EMC相关测试

 传导发射测试

为了衡量设备从电源端口、信号端口向电网或信号网络传输的骚扰。测试设备主要由人工电源网络和接收机组成，人工电源网络是一种CDN（耦合去耦网络），主要提供干净的DC/AC电源品质，同时阻挡被测设备的骚扰回馈至电源及RF耦合，并提供特定的阻抗特性。接收机通过电源网络接收电子产品系统电源线上的干扰，并绘制在测试频率范围内的发射曲线。  辐射发射测试

测试电子、电气和机电设备及其组件的辐射发射，包括来自所有组件、电缆及连线上的辐射发射，用来鉴定其辐射是否符合标准的要求，是否在正常使用过程中影响同一环境中的其他设备。

测试设备主要由接收天线、接收机组成，分别测试水平方向极化和垂直方向极化。  静电放电抗扰度测试

模拟操作人员或物体在接触设备时的放电，及人或物体对临近物体的放电，测试单个设备或系

统的抗静电放电干扰能力。静电放电可能产生以下后果：直接通过能量交换引起半导体器件的损坏、放电所引起的电场磁场变化，造成设备的误动作、放电的噪声电流导致器件的误动作。

测试的机理是静电通过系统外壳进入到系统内部，影响产品器件的正常工作，根据电荷的运动特性（电荷总是沿最小电阻的路径运动）可以采取适当的措施，降低或消除静电对系统的影响。

①静电放电抗干扰测试分为接触放电和空气放电，接触放电又包括直接放电和间接放电，放电点包括所有接触面。②对于绝缘表面采用空气放电，最高电压可加至±15kV；对于金属表面采用接触接触放电，最高电压可加至±8kV（含垂直耦合和水平耦合）。③静电放电发生器的电极头应垂直于接触表面，测试次数分正、负极性，至少各放电10次，测试间隔一般约为1s。④实施放电时，发生器的放电回路电缆与受试设备的距离至少应保持0.2m。⑤对于表面涂漆的情况，则发生器的电极头应穿过漆膜，以便与导电层接触。⑥间接放电时，放电电极需触及HCP（水平耦合板）边缘和VCP（垂直耦合板）边缘的中心。

图1 静电放电发生器的基本原理

图2 静电放电的电流曲线

图1 和图2 分别是静电放电发生器的基本结构和静电放电的波形。接触电阻Rd取值为330Ω，代表了从人体到接触设备静电放电的最坏情况下的阻抗。储能电容Cs代表人体电容（典型值为60~300pF），150pF是常用的平均值。电流Im表示电流峰值，上升时间是0.7~1ns。

在间接放电时，耦合板采用和接地参考平面相同的金属和厚度，且经过两端设置一个470kΩ电阻的电缆与接地参考平面连接。泄放电阻的选择：①因为在地线之间串接电阻，可以泄放掉地线上的电荷，且不会导致电荷的快速泄放（电荷的快速泄放可以会导致环路问题，造成干扰）。②电阻阻值是根据人体对地等效电阻确定的（大约1MΩ）。③放电电缆的一个电阻应尽可能靠近受试设备的试验点（最好小于20mm），第二个电阻应靠近电缆的末端。因为阻抗不匹配，静电荷产生的电流在两个电阻间来回反射直至消失。  电快速瞬变脉冲群抗扰度测试

电路中机械开关对电感性负载的切换，通常会对同一电路中的其他电气和电子设备产生干扰，一般不会造成设备故障，使设备产生误动作的情况多见。其特点为：脉冲成群出现，脉冲重复频率较高，脉冲波形上升时间短暂，单个脉冲能量较小。

测试的机理是利用群脉冲产生的共模电流流过线路时对线路分布电容能量的积累效应，当能量积累到一定程度时就可能引起线路（乃至设备）工作出错。通常测试设备一旦出错，就会连续不断的出错，即使把脉冲电压稍稍降低，出错情况依然不断的。

①电快速瞬变脉冲群测试主要对电源线和通信信号线进行测试，对电源线采用直接注入方式（L、N、L/N），对通信信号线采用容性耦合方式。②脉冲群有特定的持续时间（规定为15ms）和特定的脉冲周期（300ms）的脉冲，脉冲群中的单个脉冲有特定的重复周期（2.5kHz、5kHZ、100kHz）、电压幅值（0.5kV、1kV、2kV、4kV）、上升时间（5ns）、脉宽（50ns），正、负脉冲群干扰时间为1min（上述为标准GB 17626.4中规定值，但在标准IEC 61000-4-4中上升时间（5.5ns）和持续时间（45ns）有区别）。③脉冲群测试波形的上升沿很陡，包含了丰富的高频成分，而且是持续一段时间的脉冲串，而电路的干扰有一定的累积效应。④标准GB 17626.4规定实验仪器与受试设备的接线距离为（0.5±0.05）m。但是标准IEC 61000-4-4规定布置台式设备时实验仪器与受试设备间的接线距离为（0.5±0.05）m，布置落地式设备时实验设备与受试设备间的接线距离为（1.0±0.1）m。

图3和图4所示为电快速瞬变脉冲群发生器的基本线路和脉冲群的波形，开路输出电压（峰值）为0.25~4kV，动态输出阻抗为50Ω±20%，输出脉冲的极性为正/负，与电源的关系是异步的。表2中列出了对设备的电源、接地、信号和控制端口进行电快速瞬变试验时应优先采用的试验等级。

图3 电快速瞬变脉冲群发生器

图4 电快速瞬变脉冲群波形

表2电快速瞬变脉冲群测试试验等级

 浪涌（冲击）抗扰度测试

浪涌测试是模拟受试设备附近发生雷击时，在受试设备的电源线和信号电缆上产生干扰的现象。浪涌的产生主要有两个方面，一方面是模拟间接雷，如雷电击中户外线路，有大量电流流入户外线路或接地电阻，产生干扰电压，在线路上感应的电压和电流；雷电击中临近物体产生电磁场，在线路上感应出电压和电流；雷电击中地面，地电流通过公共接地系统时所引入的干扰。另一方面模拟切换瞬变，如主电流系统切换时产生的干扰，同一电网大型开关跳动时产生的干扰。

浪涌测试的频率不高，但是包含的能量很大。试验发生器的特性尽可能地模拟上述现象，如果骚扰源在同一线路中（直接耦合），例如在电源网络中，那么发生器在受试设备的端口模拟一个低阻抗源；如果骚扰源与受试设备不在同一线路中（间接耦合），那么发生器模拟一个高阻抗源。优先选择的试验等级如下表所示。

表3 浪涌（冲击）测试试验等级

①根据受试端口类型的不同，它们有各自特殊的应用。对于连接到对称通信线的端口，应使用10/700us组合波发生器（波形见图6）。对于其他情况，特别是连接到电源线和短距离信号线的端口，

应使用1.2/50us组合波发生器（波形见图5）；②一般对系统输入电源和通信信号线进行测试，电源分别对L-PE、N-PE和LN-PE进行共模测试，对L-N进行差模测试，对通信信号线分别进行差模和共模测试；③系统的通信线一般使用屏蔽线，在标准中明确了对屏蔽线施加浪涌的规则：当两接地时，对屏蔽层施加浪涌；当一端接地时，浪涌发生器放置在受试设备的一侧。如果电缆长度允许，电缆应该置于离地面0.1m高的绝缘垫上。对屏蔽线的试验使用2Ω源阻抗发生器；④在交流或直流电源线上，去耦网络提供较高的反向阻抗以阻止浪涌波通过，但允许交流电源或直流电源的电流进入受试设备；对于I/O线和通信线，去耦网络的串联阻抗会数据传输的带宽。⑤用于交/直流电源线的耦合/去耦网络：对于线-线耦合，浪涌应通过18uF电容耦合；对于线-地耦合，浪涌应通过9uF电容串联10Ω电阻耦合。⑥浪涌经电容耦合网络加到电源端上，受试设备和耦合/去耦网络之间的电源线长度不应超过2m。⑦浪涌次数：施加在直流电源端和互联线上的浪涌次数应为正、负极性各5次，施加对交流电源端口，应分别在0°、90°、180°、270°相位施加正、负极性各5次的浪涌脉冲。⑧连续脉冲间的时间间隔：1分钟或者更短。

发生器内阻为2Ω（联系开路电压波和短路电流波的关键），可附加电阻10Ω或者40Ω，以形成12Ω或42Ω的内阻，其含义如下：

 2Ω代表电压电源电路的电源阻抗（差模）。

 12Ω代表低电压电源电路与地间的电源阻抗（工模）。  42Ω代表其他线路与接地间的电源阻抗。

波前时间：T1=1.67×T=1.2×(1±30%)us 半峰时间：T2=50×(1±20%)us

图5 未接CDN的发生器输出端的开路电压波形（1.2/50us）

波前时间：T1=1.67×T=10×(1±30%)us 半峰时间：T2=700×(1±20%)us

图6 开路电压波形（10/700us）

 射频辐射电磁场抗扰度测试

射频辐射电磁场对设备的干扰往往是设备操作、维修和安全检查人员在使用移动电话时所产生的，无线电台、电视发射台、移动无线电发射机和各种工业电磁辐射源，以及电焊机、晶闸管整流器、荧光灯工作时产生的寄生辐射，都会产生射频辐射干扰。测试的目的时建立一个共同的标准来评价电子设备的抗射频辐射电磁场干扰能力。

表4 射频辐射电磁场抗扰度测试的试验等级

①表4列出了优先选择的试验等级，是未调制信号的场强（频率范围：80MHz~1000MHz）。作为试验设备，要用1kHz的正弦波对未调制的信号进行80%的幅度调制来模拟实际情况；②每一个频率点上，幅度调制载波的扫描驻留时间应不短于被测设备动作及响应时间，且不短于0.5s。；③发射天线对受试设备的四个侧面逐一进行测试，且需在发射天线的两种极化状态下（垂直和水平）进行试验。

 射频场感应的传导抗扰度测试

一般情况下设备的引线的长度可能与干扰频率的几个波长相当，这些引线就可以通过传导方式对设备产生干扰。在通常情况下，被干扰设备的尺寸要比频率较低的干扰波的波长小的多，而设备

引线（如电源线、通信线和接口电缆等）的长度则可能与干扰频率的几个波长相当，这样，设备引线就会变成被动天线，接收射频场的感应，形成传导干扰入侵设备内部，最终以射频电压/电流形成的近场电磁场影响设备工作。标准GB/T 17626.6是关于电气和电子设备对来自9kHz~80MHz频率范围频发射机电磁骚扰的传导抗扰度要求，设备至少通过一条连接电缆与射频场相耦合。注：对没有传导电缆（如电源线、信号线或地线）的设备不需要进行此项测试。

表5 射频场感应的传导抗扰度试验等级

①如表4所示，以有效值（r.m.s.）表示未调制骚扰信号的开路试验电平（e.m.f.）。在耦合和未耦合装置的受试设备端口上设置试验电平，测试时该信号是用1kHz正弦波调幅（80%调制度）来模拟实际骚扰影响；②扫描范围是从150kHz到80MHz（在9kHz~150kHz频率范围内，对来自射频发射机的电磁场所引起的感应骚扰不要求测试），频率递增扫描时步进尺寸不应超过先前频率的1%。在受试设备尺寸较小时，可将上限频率扩展至230MHz。在每个频率，幅度调制载波的驻留时间应不低于被测设备运行和响应的必要时间，且不短于0.5s。③用于电源线的耦合去耦合网络一般为方形体，底面为接地面，测试时，直接将网络放置在接地面上。对于通信、输入/输出电缆一般采用钳注入方式进行测试，钳注入分为电流钳、电磁钳，常用的是电磁钳，通过铁氧体的磁耦合对受试设备的电缆产生干扰；④测试设备有射频信号发生器、功率放大器、滤波器和衰减器组成（见图7）。

图7 传导抗扰度的测试仪器的组成框图

 电压跌落、断时中断和电压渐变抗扰度测试

电压瞬间跌落、断时中断是由电网、变电设施的故障（主要是短路，见IEC61000-2-8）或负荷

突然出现大的变化所引起的。在某些情况下会出现两次货更多次连续的暂将或中断。电压变化是由连接到电网中的负荷连续变化引起的。这些现象本质上是随机的，其特征表现为偏离额定电压并持续段时间。电压瞬时跌落和短时中断不总是突发的，因为与供电网络相连的旋转电机和保护元件有一定的反作用时间，将会导致电压渐变。

①电压暂降和短时中断：设备的额定工作电压（UT）作为规定电压试验等级的基础，且和变化后的电压之间的变化是突然发生的。其阶跃可以在电源电压的任意相位上开始和停止。采用下述电压试验等级（以%UT表示）：0%，40%，70%，80%（额定电压UT从0到20%的电压试验等级都可以认为是完全中断）。

对于电压暂降，优先采用的试验等级和持续时间列于表6，波形示例如图8所示。 对于短时中断，优先采用的试验等级和持续时间列于表7，波形示例如图9所示。

②电压变化：而额定工作电压（UT）和变化后的电压之间有一个确定的过渡过程。电压变化的速率应该是常数，但电压可以是阶跃变化的。表8给出了优先采用的电压变化所需时间和减少后的电压维持时间，波形示例如图10所示。

③根据选定的测试等级及持续时间进行测试，测试一般做3次，每次间隔时间为10s。如果要规定电压在特定角度上进行切换，应优先选择45°，90°，135°，180°，225°，270°和315°。一般选0°或180°。对于三相系统，一般是一相一相的进行测试。特殊情况下，要对三相同时做测试，这是要求有3套测试仪器同步进行测试。

表6 电压暂降试验优先采用的试验等级和持续时间

图8电压暂降

表7 短时中断的试验等级和持续时间

图9 短时中断

表8 短时供电电压变化的时间设定

图10 电压变化

实验仪器输出呈电阻性，并应尽可能小。实现上述要求的测试仪器有如下两种基本形式：①用电子开关控制两个调压器的方式，是一种比较简单、价格相对便宜的试验仪器。因为控制线路通常做成在电压过零处接通和电流过零处断开，所以这种线路只能模拟电压切换的初始角度为0°和180°的情况。（见图11）；②用波形发生器和功率放大器的结构方式，结构比较复杂，造价也贵。但波形失真小，电压切换的相位角度可以任意设定，也比较容易实现电压渐变的控制（见图12）。

图11 电子开关控制两个调压器的结构方式

图12 由波形发生器和功率放大器构成的测试发生器

四、燃气具的EMC测试

EMC试验条件：

由于燃气具（热水器和采暖炉）属于金属外壳，且外壳通过接地线与地连接，燃气具的电磁兼容试验仅做符合GB/T 17799.1表4交流电源输入端口抗扰度试验中的电压暂降和短时中断的抗扰度试验、浪涌抗扰度试验和电快速瞬变脉冲群抗扰度试验。有外接线控装置与燃气具相连接时，在线控端口做符合GB/T 17799.1表2信号线和控制线端口抗扰度试验中的电快速瞬变脉冲群抗扰度试验。 判定准则：

准则Ⅰ：进行下面试验时，燃气具应工作正常（不仅能安全的关闭或锁定，还应从锁定中重新设定）。

准则Ⅱ：进行下面试验时，燃气具具应处于安全状态（无论将执行Ⅰ项或者在系统重新启动后进行安全关闭，或者锁定，可以进行一个系统的重新启动）。 试验仪器：

瑞士Teseq（特测）公司推出的NSG 3040全功能抗扰度测试仪，是一台用于抗扰度测试中模拟电磁干扰影响的发生器，操作简便，具有多种功能，能够满足企业、国内和国际标准的要求。

①组合波脉冲1.2/50~8/20us（组合浪涌脉冲）

参数 脉冲电压（开路） 脉冲电流（短路） 阻抗 极性 脉冲重复周期 测试时间 相位同步 值 ±200V至4.4kV（以1V为步长） ±100A至2.2kV 2/12Ω 正/负/交替 10s至600s（以1s为步长） 1至9999个脉冲，不间断 异步、同步0°至359°（以1°位步长） 耦合 外部/内部 表9 组合波脉冲参数

②脉冲群（EFT）5/50ns

参数 脉冲幅度 脉冲群频率 极性 重复时间 脉冲群时间 测试时间 相位同步 耦合 值 ±200V至4.8kV（以1V为步长）-开始 ±100V至2.4kV（50Ω匹配系统） 100Hz至1000kHz 正/负/交替 1ms至4200s（70min） 1us至1999s，单脉冲，不间断 1s至1000h 异步、同步0°至359°（以1°位步长） 外部/内部 表10 脉冲群参数

③电压暂降&电压跌落

参数 电压暂降&电压跌落 步进式变压器的Uvar 峰值冲击电流能力 开关时间 周期时间 重复时间 相位同步 值 从EUT输入的电压跌至0V、0% 0%、40%、70%、80% 500A（230V时） 1至5ms（100Ω负载） 20us至1999s，循环1至99999个周期，不间断 40ms至35min，循环1至99999次 异步、同步0°至359°（以1°位步长） 表11 电压暂降&电压跌落参数

可选自耦变压器的Uvar 取决于VAR型号

图13 NSG 3040全功能抗扰度测试仪

试验方法：

因为燃气具没有通燃气真正燃烧起来，所以需要为其提供模拟火焰信号。若火焰感应针和点火针分离的燃气具，则可以在火焰感应针和接地之间反接一个二极管提供模拟火焰信号；若火焰感应针和点火针分离合并的燃气具，则需要在火焰感应针和接地之间反接一个耐高压二极管提供模拟火焰信号。另外，热水器测试时，需要将其水流量传感器和电路板之间的连接端子断开，用模拟水流量信号发生器替代水流量传感器，提供一个模拟水流量信号。而采暖炉测试时，需要用用耐压水管将其供暖进水口和出水口连接，注水至达到采暖炉的工作压力。

在随机状态下，对以下每一种操作条件进行电压暂降和短时中断、浪涌以及脉冲群抗扰度试验：  启动状态  运行状态

 锁定状态（采暖炉）/关闭状态（热水器） ①电压暂降和短时中断的抗扰度试验

在上述三种状态下，对表12中的每一种操作条件做3次试验，观察间隔时间至少10ms。

时间/ms 注：“√”表示做试验，“—”表示不做试验 表12 电压跌落和短时中断测试要求 额定电压或额定电压范围平均值的百分数 50% — — √ √ √ 0% √ √ √ √ √

图14 电压跌落和短时中断抗扰度测试界面（500ms）

图15 电压跌落和短时中断抗扰度测试步骤（500ms）

②浪涌抗扰度试验

在不小于60s时间内，燃气具电源的每极施加正、负个5个脉冲（启动状态2个，运行状态1个，关闭状态或锁定状态2个）。

严酷等级 2 3 测试值峰值/kV L1-L2（线-线） 0.5 1 表13 浪涌抗扰度测试电压

L1-G，L2-G（线-地） 1 2

图16 浪涌抗扰度测试界面（L3）

图17 浪涌抗扰度测试步骤（L3）

③电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

在燃气具达到运行状态后，执行20次循环试验，且每个循环至少维持30s。在燃气具处于关闭状态或锁定状态和待机状态时，试验时间至少为2min。

严酷等级 2 3 电源端口 电源峰值/kV 1 2 重复频率/kHz 5 5 信号、控制线端口 电源峰值/kV 0.5 1 重复频率/kHz 5 5 表14 电快速瞬变脉冲群抗扰度测试要求

图18电快速瞬变脉冲群抗扰度测试界面（L3）

图19电快速瞬变脉冲群抗扰度测试步骤（L3）