开关电源的电磁兼容性设计、测试和典型案例
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1.3 信息技术设备类产品机内开关电源电磁兼容性能的基本要求

1.3.1 电磁骚扰发射的测试

实施对开关电源所产生的电磁骚扰发射测试,并对其发射值有所限制,其主要目的是对现时的无线电广播和通信给予必要的保护。

在GB9254—2008《信息技术设备无线电骚扰限值和测量方法》标准中,将设备(信息技术类设备)分为A、B两类,其中B类是平时在生活环境中使用的设备。属于B类的环境有住宅区、商业区、商务区、公共娱乐区、户外场所和轻工业区,基本上都是由低压电网直接供电的设备。

标准将不属于B类环境使用的信息技术类设备认定是A类环境的设备,通常是工业环境中使用的设备。

下面是对A类和B类设备所产生的骚扰限值要求:

① 标准要求在0.15~30MHz范围内作传导骚扰的测试;

② 在30~1000MHz范围内进行辐射骚扰的测试。

1)在电源端口的传导骚扰的限值

当使用带有准峰值检波器和平均值检波器的接收机在进行测量时,被试设备应当同时满足表1.1中的准峰值和平均值的限值要求。

表1.1 电源端子的传导骚扰电压限值

注:(1)在过渡频率处应采用较低的限值;

(2)B类设备在0.15~0.50MHz范围内随频率对数线性递减。

2)辐射骚扰的限值

被试设备应当满足表1.2所示的规定距离内的辐射骚扰限值。

表1.2 设备的辐射骚扰限值(测量点距被试设备距离为10m处)

注:在频率转换点上用较低的限值。

3)试验中的注意事项

(1)试验应在产品(这里指开关电源)的正常使用情况下,以能产生最大电磁骚扰发射的工作方式进行。试验中还要适当地改变试品(开关电源)的布局,以便使骚扰发射为最大。

(2)试验应将试验中用到的试验仪器、试验方法、试验配置和试验布局(如果有负载,应当包括负载的布局)等明确记录在案,以备试验能重复进行、试验结果可以追溯。

(3)除非另有说明,试验应在试品(开关电源)额定电压和规定工作条件下进行。

1.3.2 谐波电流发射的测试

电力系统中的谐波是指那些为供电系统额定频率整数倍的正弦电压或正弦电流。它是由非线性电压(或电流)特性的设备(如开关电源)引起的,这些设备可以看成谐波电流的来源,来自不同谐波源的谐波电流在电力网络的阻抗上产生谐波电压。电网中的谐波会使敏感设备产生性能降级、误动作,甚至发生故障。

测试被试设备谐波电流发射的标准(GB17625.1—2003《电磁兼容 限值 谐波电流发射限值(设备每相输入电流≤16A)》)把设备分成如下四类。

(1)A类:平衡的三相设备;家用电器(不包括划入D类的设备);电动工具(不包括便携式工具);白炽灯调光器;音频设备。凡未归入其他三类的设备均视为A类设备。

(2)B类:便携式工具;非专用的电弧焊接设备。

(3)C类:照明设备(包括灯和灯具;主要功能为照明的多功能设备中的照明部分;放电灯的独立式镇流器和白炽灯的独立式变压器;紫外线或红外线辐射装置;广告标识的照明;除白炽灯外的灯光调节器)。但照明设备不包括装在复印机、高架投影仪、幻灯机等设备中的灯或用于刻度照明及指示照明的装置,也不包括白炽灯的调光器。

(4)D类:功率小于或等于600W的个人计算机、计算机显示器及电视接收机。

前面提到的与开关电源应用密切相关的信息技术设备、音视频设备及其部件、卫星电视广播接收机、金融及贸易结算设备、电信终端设备等几大类产品,比较符合谐波电流测试标准中所定义的A类和D类设备。

表1.3和表1.4分别列出了A类和D类设备的谐波电流发射的限值要求。

表1.3 A类设备的谐波电流发射限值

表1.4 D类设备的谐波电流发射限值

注:(1)对于D类设备,表中的第2和第3栏数据并用,设备的谐波电流不应超过任何一栏的限值;

(2)表中给定的限值适用于所有有功功率>75W的设备。

注意,这里所说设备的额定电压为50Hz和220/380V。上述限值也适用于频率为60Hz,电压为230/400V、240/415V供出口用途的设备。

1.3.3 抗扰度性能的测试

对开关电源的抗扰度性能测试,主要是检测开关电源在外界环境有一定强度的电磁干扰作用下的工作可靠性。

常用的抗扰度试验项目有静电放电、射频辐射电磁场、电快速瞬变脉冲群、雷击浪涌,以及由射频场感应所引起的传导干扰、电压跌落和短时中断等。

表1.5至表1.8是参照GB/T17618—1998《信息技术设备抗扰度限值和测量方法》提出的对信息技术设备类产品中机内开关电源的抗扰度要求。

表1.5 机箱端口的抗扰度要求

注:(1)仅适用于包括对磁场敏感的设备;

(2)在频率范围内,按规定扫描;

(3)起始频率可从低于80MHz开始,但不低于26MHz。

表1.6 信号端口的抗扰度要求

注:(1)在频率范围内按规定进行扫描;

(2)仅适用于根据制造厂规范可能直接与室外电缆连接的那些端口;

(3)仅适用于根据制造厂规范规定的、超过3m长的电缆;

(4)如果辐射试验已在较低频率进行、则此试验的频率范围仅进行到该频率;

(5)如果端子按要求设置了第一级保护,则试验时应施加4kV浪涌电压到所设置的保护器上;否则,对无保护的端口施加1.5kV的试验电压。

表1.7 直流电源输入端口(不包括连同AC/DC适配器的设备)的抗扰度要求

注:(1)在频率范围内按规定进行扫描;

(2)仅适用于根据制造厂规范可能直接与室外电缆连接的那些端口;

(3)如果辐射试验已在较低频率进行,则此试验的频率范围仅需进行到该频率。

表1.8 交流电源输入端口(包括连同AC/DC适配器的设备)的抗扰度要求

注:(1)在频率范围内按规定进行扫描;

(2)在电压波形0°交叉点发生变化;

(3)如果辐射试验已在较低频率进行,则此试验的频率范围仅需进行到该频率;

(4)当制造厂规定了保护措施,但在试验期间无法模拟这些措施时,则施加的试验电压应降到0.5kV和1kV。

需要指出的是,针对不同的产品(用开关电源配套供电的产品),在抗扰度的具体要求上可能会有所变动(通常都是提高。因为产品族里所提的抗扰度要求,一般都是这类产品最低要求)。

例如,某通信设备厂将交流电流电源上的浪涌试验定为±6kV;直流电源线上的浪涌定为±2kV;电快速瞬变脉冲群定为±4kV;静电放电定为±8kV;工频磁场定为300A/m,等等。另外,要求设备在经受宽范围的交流电压变动(整机的电压跌落、电压瞬变和短时中断)后,开关电源应能正常工作。

试验中的注意事项如下:

(1)被试设备(这里持指开关电源)应按实际使用情况,并在对干扰最敏感的工作模式下进行试验。试验中还要适当改变布局以求达到最大敏感度。

(2)试验中应将试验配置、被试设备(开关电源)的工作方式及试验的布局等情况明确记录在案,以便必要时可以重现及对比试验结果。

(3)如果在被试设备(开关电源)的用户手册中规定了(开关电源)所需的外部保护装置(或保护措施),那么被试设备(开关电源)就应当在有保护的情况下进行试验。

(4)除非另有说明,试验应在额定电压和规定的工作条件下进行。

最后,谈一谈对开关电源的抗扰度结果的判断问题。

不管怎样,任何一台开关电源的试验结果总是以下情况中的一种。

(1)情况A:开关电源在试验中和试验后都能正常工作,无性能下降和低于制造商规定的性能等级现象发生。

(2)情况B:开关电源在试验后可以正常工作,且无性能下降和低于制造商所规定的性能等级现象发生。

(3)情况C:允许开关电源有暂时性的性能降低,只要这种功能是可以通过控制操作、人工复位,甚至是关机后恢复的。

十分显然,上述情况对于开关电源的要求是不同的:情况A为最高,情况C为最低。一台具体的电源究竟适用哪一种情况,是由相关的产品标准(与开关电源配套产品的产品标准)或产品制造商给出的。下面说明信息技术类设备的性能判断规定(见GB/T17618—1998《信息技术设备抗扰度限值和测量方法》):

① 射频辐射电磁场抗干扰试验的性能判据为A;

② 静电放电试验的性能判据为B;

③ 由射频场感应所引起传导干扰试验的性能判据为A;

④ 浪涌试验的性能判据为B;

⑤ 电快速瞬变脉冲群试验的性能判据为B;

⑥0.5周波的电压中断试验的性能判据为B;

⑦ 其余情况的电压暂降和中断试验的性能判据为C。

1.3.4 机内开关电源电磁兼容性测试要求小结

针对不同环境中的设备(开关电源),在前面已给出了多种试验要求,其中有几点还是值得小结的。

(1)对于住宅、商业、轻工业环境的设备(或称为B类环境中的设备)和工业环境的产品(或称为A类环境中的设备),尽管环境不同,但试验的部位和试验项目的选择大体上是一致的,只是限值不同。对于用在不同设备上的开关电源电磁兼容性能的要求也是如此。

(2)对设备(开关电源)的电磁兼容性能试验实际上可以归为如下三类。

① 高频电磁骚扰的发射测试:

●0.15~30MHz的交流电源线传导骚扰测试;

●30~1000MHz的辐射骚扰测试。

② 低频电磁骚扰的发射测试:

●0~2kHz的工频谐波电流测试。

③ 开关电源的抗扰度试验:

● 静电放电试验;

● 高频辐射电磁场试验;

● 电快速瞬变脉冲群试验;

● 雷击浪涌试验;

● 由射频场感应所引起的高频传导试验;

● 工频磁场试验;

● 电压跌落试验。

附录:机内开关电源的认证试验项目一览表(2001年,其中粗体为电磁兼容项目)

适用标准:GB 4943—1995(安全标准)、GB 9254—1998(电磁兼容标准)、GB 17625.1—1998(谐波电流标准),并参见表末注(1)、(2)、(3)的说明。

注:(1)GB4943—1995《信息技术设备的安全》已被修订,分别有GB4943—2001和GB4943—2008两个版本。

(2)GB9254—1998已被修订,由GB9254—2008《信息技术设备无线电骚扰限值和测量方法》替代。

(3)GB17625.1—1998已被修订,由GB17625.1—2003《电磁兼容 限值 谐波电流发射限值(设备每相输入电流≤16A)》替代。