摘要：電快速瞬變脈沖群（ EFTB）抗擾度試驗作為電磁兼容試驗中的一個重要組成部分己經(jīng)有20年的歷史，期間，試驗人員從脈沖群試驗沖獲得了許多經(jīng)驗，同時也發(fā)現(xiàn)了一些不足的地方，尤其是不同發(fā)生器之間、以及一般用戶與試驗站之間試驗結(jié)果的一致性問題?，F(xiàn)今，一個新的國際標(biāo)準(zhǔn)草案已經(jīng)頒布，其中有一些新的規(guī)定，相信對解決上述問題有非常重要的作用。
    關(guān)鍵詞 ：電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗；試驗的一致性
    中圖分類號： TN912 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A     文章編號： 1003-0107(2004)08
    自從國際上第一個電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗標(biāo)準(zhǔn) IEC801-4 ： 1984 頒布以來，受到了國際上的廣泛注意，納入眾多的產(chǎn)品族和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，成為一個重要的抗干擾測試手段。在我國，現(xiàn)行的電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗標(biāo)準(zhǔn)是 GB/T17626.4-1998 ，它對應(yīng)于國際標(biāo)準(zhǔn) IEC61000-4-4 ： 1995 。
    由于電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗是眾多抗擾度試驗中使用次數(shù)最多，同時也是比較難于通過的一個試驗，所以這項試驗也是試驗人員、產(chǎn)品設(shè)計人員議論最多的一項試驗。議論的重點是試驗的重復(fù)性和可比性較差，往往是企業(yè)自己做的試驗結(jié)果與試驗站相距甚遠(yuǎn)，對此作者曾專門著文討論這個問題，企業(yè)試驗人員對此反映較好，認(rèn)為對提高試驗的準(zhǔn)確性起到了積極作用。
    作者近日通過對 IEC61000-4-4 標(biāo)準(zhǔn)草案（ FDIS 文件）的閱讀，對電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗有了更新的認(rèn)識，覺得新標(biāo)準(zhǔn)草案對脈沖群波形的要求、對校驗信號發(fā)生器的方法、對試驗方法的細(xì)節(jié)都有了新的規(guī)定，作者認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)草案的這些規(guī)定對規(guī)范試驗，提高試驗的可比性和重復(fù)性很有好處。今將標(biāo)準(zhǔn)草案閱讀中發(fā)現(xiàn)的不同部分整理出來，并加上作者對它的一些評述，希望對企業(yè)人員理解標(biāo)準(zhǔn)和正確掌握試驗方法能有所幫助。

    1- 試驗等級
    打開 IEC61000-4-4 的 1995 年版標(biāo)準(zhǔn)，從及新的標(biāo)準(zhǔn)草案，首先看到的一個不同點便是試驗等級，分別見表 1 和表 2 所示：

 
    表 2. 新標(biāo)準(zhǔn)草案的試驗等級
    從這兩張表格對比可以看出，新標(biāo)準(zhǔn)草案的嚴(yán)酷度要高于原先的標(biāo)準(zhǔn)，主要是試驗頻率有了變化，將原先的 2.5kHz 取消了，一律取 5kHz 和 100kHz 兩種。因此，標(biāo)準(zhǔn)草案所規(guī)定的單位時間內(nèi)的脈沖密集程度有了增加，這對設(shè)備試驗的嚴(yán)酷程度是一種增加。

    2- 試驗設(shè)備
    2.1 脈沖群發(fā)生器
    在脈沖群發(fā)生器中，原標(biāo)準(zhǔn)與新的標(biāo)準(zhǔn)草案在發(fā)生器組成的主要元件上有一個明顯區(qū)別：原標(biāo)準(zhǔn)講的是火花氣隙（ spark gap ）；新的標(biāo)準(zhǔn)草案講的是高電壓開關(guān)（ high voltage switch ）。事實上，當(dāng)代的脈沖群發(fā)生器里的脈沖形成器件，無一例外，都是采用高壓電子開關(guān)。這一改變，對提高脈沖群發(fā)生器工作的穩(wěn)定性，從及提高試驗脈沖的頻率起到了關(guān)鍵的作用。
    在 IEC61000-4-4 ： 1995 標(biāo)準(zhǔn)的附錄 A 中，曾經(jīng)有一段文字提到了采用火花氣隙充當(dāng)脈沖形成器件的弊病：
    “由于火花氣隙在低于 1kV 時的機械和電氣上的不穩(wěn)定，所以對低于 2kV 的試驗電壓要通過分壓器來得到”。
    “脈沖群沖單個脈沖的重復(fù)頻率的實際值為 10kHz 到 1MHz ，然而廣泛調(diào)查的結(jié)果表明，采用固定調(diào)節(jié)火花氣隙的發(fā)生器難以再現(xiàn)這種相對較高的重復(fù)頻率，因此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了頻率較低的、有代表性的專用脈沖”。
    所以在脈沖群試驗標(biāo)準(zhǔn)制定過程中，把脈沖頻率定為 2.5kHz 和 5kHz 實在是有一點不得以而為之的味道。隨著脈沖形成器件的更新，特別是高速高壓電子開關(guān)的選用，把脈沖頻率提高到 5kHz 和 100kHz 是理所當(dāng)然的事情，使得脈沖群抗擾度試驗更加切合實際的干擾情況。
    2.2 脈沖群發(fā)生器的特性參數(shù)
    與原標(biāo)準(zhǔn)相比，在標(biāo)準(zhǔn)草案中對發(fā)生器特性參數(shù)規(guī)定的最大不同表現(xiàn)為兩點：其一，標(biāo)準(zhǔn)草案給出了兩種不同負(fù)載條件下的輸出電壓范圍， 1000 Ω負(fù)載的輸出電壓為 0.24kV ～ 3.8kV ； 50 Ω負(fù)載的輸出電壓為 0.125V ～ 2kV 。其二，標(biāo)準(zhǔn)草案將在 50 Ω負(fù)載上的每個 2kV 脈沖提供的能量為 4mJ 取消了，代之以脈沖發(fā)生器性能的可比性由下列要求（見表 3 ）加以保證：

    表 3. 新標(biāo)準(zhǔn)草案對脈沖群發(fā)生器特性參數(shù)的要求

    在表 3 中還可以看到一點：脈沖的重復(fù)頻率提高并不會造成對受試設(shè)備注入能量的增加，這是因為重復(fù)頻率自 5kHz 提高到 100kHz （頻率提高了 20 倍），但脈沖群的持續(xù)時間卻從 15ms 縮減到 0.75ms （持續(xù)時間縮減到原來的二十分之一），因此注入受試設(shè)備的脈沖總量沒變（仍為 75 個），注入受試設(shè)備的干擾能量也就沒變，只是單位時間內(nèi)的脈沖密集程度有了增加?？紤]到國外專家對脈沖群試驗的故障機理解釋為是干擾脈沖對線路結(jié)電容的充電，脈沖頻率越高，單位時間內(nèi)的脈沖個數(shù)越多，對結(jié)電容的電荷積累也越快，越容易達(dá)到線路出錯的閾限。因此，新的標(biāo)準(zhǔn)草案把測試頻率提高，其本質(zhì)上也是將試驗的嚴(yán)酷程度有所提高。
    2.3 發(fā)生器性能校驗
    對發(fā)生器的性能必須進(jìn)行校驗，以便對所有參與做試驗的試驗發(fā)生器的性能建立一個共同依據(jù)。校驗可采用下列步驟：
    在試驗發(fā)生器的輸出端依次分別接入 50 Ω和 1k Ω的同軸衰減器，并用示波器加以監(jiān)測。監(jiān)測用示波器的－ 3dB 帶寬，以及體現(xiàn)試驗發(fā)生器負(fù)載的 50 Ω和 1k Ω的同軸衰減器的頻率響應(yīng)要求達(dá)到 400MHz 以上。其中 50 Ω是試驗發(fā)生器的匹配負(fù)載； 1k Ω試驗負(fù)載則體現(xiàn)了發(fā)生器的一個復(fù)合負(fù)載。不同的試驗發(fā)生器只有在兩種極端的負(fù)載條件下?lián)碛邢嗤匦?，才能保證在實際的抗擾度試驗中有相互可比的試驗結(jié)果。
    校驗中要測量單個脈沖的上升時間、持續(xù)時間和重復(fù)頻率；以及脈沖群的持續(xù)時間和重復(fù)周期，詳細(xì)記錄在案。
    在表 4 中，對每一個設(shè)定電壓分別給出了在 50 Ω負(fù)載上測得的輸出電壓 V p （ 50 Ω） 以及 1k Ω負(fù)載上測得的輸出電壓 V p （ 1k Ω） 。其中 V p （ 50 Ω） 的幅值容差為 0.5V p （開路輸出電壓） ± 10% ； V p （ 1k Ω） 的幅值容差為 V p （ 1k Ω） ± 20% 。測量中要保證分布電容為最小。   

    用于電源線抗擾度試驗的耦合 / 去耦網(wǎng)絡(luò)，在原標(biāo)準(zhǔn)與新的標(biāo)準(zhǔn)草案中有一個最大的不同點，前者是對逐根電源線做共模抗干擾試驗；后者是對所有電源線路同時做共?？垢蓴_試驗。分別見圖 1a 和圖 1b 所示。
    對于耦合 / 去耦網(wǎng)絡(luò)的性能，新標(biāo)準(zhǔn)草案只從試驗的角度，提出了對特性參數(shù)的要求:
                                
    為了保證在交流 / 直流電源端口試驗中使用的耦合 / 去耦網(wǎng)絡(luò)性能合格，光有上述基本要求是不夠的，還必須對耦合 / 去耦網(wǎng)絡(luò)的共模輸出波形進(jìn)行校驗。校驗時發(fā)生器的輸出電壓設(shè)置為 4kV 。發(fā)生器的輸出接耦合 / 去耦網(wǎng)絡(luò)的輸入，耦合 / 去耦網(wǎng)絡(luò)的輸出接 50 Ω負(fù)載，記錄峰值電壓和波形。校驗要在每一條耦合 / 去耦通路上進(jìn)行。測量結(jié)果應(yīng)該是：脈沖的上升時間為 5ns ± 30% ；脈沖持續(xù)時間對 50 Ω為 50ns ± 30% ，峰值電壓在表 4 要求上± 10 % 。
    此外，當(dāng)被試設(shè)備以及電源與網(wǎng)絡(luò)脫開時，在耦合 / 去耦網(wǎng)絡(luò)輸入端的殘余試驗脈沖不超過所施試驗電壓的 10 % 。
    標(biāo)準(zhǔn)草案對波形校驗結(jié)果一致性的規(guī)定是有重要意義的：實質(zhì)上，只有大體一致的試驗波形才代表試驗波形中的諧波成分及其含量的一致性，只有這樣，才能保證采用不同試驗發(fā)生器時的試驗結(jié)果大體一致。
    2.5 電容耦合夾
    脈沖群對于 I/O 線、信號線、數(shù)據(jù)線和控制線抗擾度試驗是通過電容耦合夾進(jìn)行的（如果前述耦合 / 去耦網(wǎng)絡(luò)不適合使用在 ac/dc 電源端口時，也可采用電容耦合夾的耦合方式來對 ac/dc 電源端口進(jìn)行試驗）。耦合夾的耦合電容取決于電纜的直徑、材料及電纜的屏蔽情況。
    耦合電容典型值為 100pF ～ 1000pF （原標(biāo)準(zhǔn)是 50pF ～ 200pF ）。

    3- 試驗配置
    3.1 實驗室型式試驗的配置
    關(guān)于實驗式型式試驗的配置，在原標(biāo)準(zhǔn)與新的標(biāo)準(zhǔn)草案里有兩張非常相似的圖（分別見本文的圖 2a 和圖 2b ）。但當(dāng)你在仔細(xì)觀察這兩張圖時，還是能發(fā)現(xiàn)這兩張圖的差別，最大的不同出現(xiàn)在這兩張圖的左側(cè)，是關(guān)于臺式設(shè)備的試驗配置。
    按照新標(biāo)準(zhǔn)草案的配置，無論是地面安裝設(shè)備、臺式設(shè)備、以及其他結(jié)構(gòu)形式的設(shè)備，都將放置在一塊參考接地板的上方。被試設(shè)備與參考接地板之間用 0.1m ± 0.01m 厚的絕緣支撐物隔開。新標(biāo)準(zhǔn)草案規(guī)定，凡是安裝在天花板上或是墻壁上的設(shè)備都按臺式設(shè)備來做試驗。新標(biāo)準(zhǔn)草案還規(guī)定，試驗發(fā)生器和耦合 / 去耦網(wǎng)絡(luò)也直接放在參考接地板上，并與參考接地板保持低阻抗連接。
    新標(biāo)準(zhǔn)草案的這些變化顯得尤其重要：首先將試驗發(fā)生器和耦合 / 去耦網(wǎng)絡(luò)直接放置在參考接地板上，并且和參考接地板相連，是因為脈沖群試驗對被試線路進(jìn)行共模試驗，是將干擾加在被試線路與大地之間的試驗，而試驗中的參考接地板就代表了大地。所以將試驗發(fā)
    生器和耦合 / 去耦網(wǎng)絡(luò)放在參考接地板上是由試驗的性質(zhì)決定的，為了不使脈沖群干擾產(chǎn)生過多衰減，試驗發(fā)生器、耦合 / 去耦網(wǎng)絡(luò)與參考接地板的連接應(yīng)當(dāng)是低阻抗的。
    新標(biāo)準(zhǔn)草案指出與被試設(shè)備連接的所有電纜要放在離地高度為 0.1m 的絕緣支架上。明確這一點也很重要，因為被試設(shè)備的連接電纜與參考接地板之間構(gòu)成了一個分布電容，不一樣的離地高度，構(gòu)成的分布電容也是不同的。不同的分布電容，對脈沖群高頻諧波從連接電纜上的逸出情況也將是不一樣的，會直接影響試驗結(jié)果。
    新標(biāo)準(zhǔn)草案對臺式設(shè)備試驗配置方式的改變，則對臺式設(shè)備的試驗嚴(yán)酷度以及試驗結(jié)果的一致性有了極大提高。按照原標(biāo)準(zhǔn)的試驗配置，臺式設(shè)備放在木頭桌子上，試驗發(fā)生器放在參考接地板上（試驗發(fā)生器的接地端子以低阻抗與參考接地板連接），迭加了干擾電壓的電源線則從地面處再伸展到臺式設(shè)備的電源輸入端。因此電源線的實際離地高度要在 80cm 以上，使得電源線相對參考平面的阻抗不能固定（不同的擺放位置有不同的阻抗），而且電源線過大的高頻阻抗（相對于電源線離開參考地平面為 10cm 的布局來說），使得電源線上的脈沖群干擾的高頻成分大量逸出，導(dǎo)致實際進(jìn)入被試設(shè)備的干擾變?nèi)?。因此利用原?biāo)準(zhǔn)和新標(biāo)準(zhǔn)草案提供的試驗配置對同一臺設(shè)備做試驗時，可以得出截然不同的結(jié)果。    

此外，新標(biāo)準(zhǔn)草案特別指出，在耦合裝置與被試設(shè)備之間的電源線和信號線的長度為 0.5m ± 0.05m ，而不是原標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的≤ 1m 。很顯然，原標(biāo)準(zhǔn)所給出的長度不明確，從 0 ～ 1m 都屬適合范圍，但是不同的線長，脈沖群高頻諧波的逸出情況是不同的，被試設(shè)備受到的干擾實際上是遺留在線上的傳導(dǎo)干擾和逸出到空間的輻射干擾的綜合結(jié)果。不同的線長，被試設(shè)備受到的傳導(dǎo)干擾和輻射干擾的比例是不同的，沒法保證試驗結(jié)果的可比性。因此，明確被試線路的長度，對試驗結(jié)果的可比性、一致性特別重要。
    新標(biāo)準(zhǔn)草案還規(guī)定，如果制造商提供的不可拆卸的電源電纜的長度超過 0.5m ± 0.05m ，超長的電纜應(yīng)折疊起來，避免成為一個扁平線圈，同時擺放在離參考接地板 0.1m 高的地方。而不是原標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電源電纜超過 1m 時，超長部分挽成一個直徑為 0.4m 的扁平線圈，平放在離參考接地板 0.1m 高的地方。顯然新標(biāo)準(zhǔn)草案的提法比較合理，對超長線的處理也比較容易。
    在新標(biāo)準(zhǔn)草案中首次提出了機架安裝設(shè)備的試驗配置（見圖 3 所示），這在原標(biāo)準(zhǔn)中是沒有過的。新試驗配置方案的提出，避免了由于試驗人員對標(biāo)準(zhǔn)的理解不一所導(dǎo)致的試驗結(jié)果不一。

    3.2 設(shè)備安裝后的現(xiàn)場試驗配置
    設(shè)備在安裝現(xiàn)場的試驗配置，包括電源端子和 I/O 以及通信端口上的試驗，在新標(biāo)準(zhǔn)草案與原標(biāo)準(zhǔn)中都保持基本不變。只是經(jīng)軟線和插頭連接到電源的非固定被試設(shè)備在脈沖注入的方法及耦合 / 去耦網(wǎng)絡(luò)與被試設(shè)備的距離作了與在實驗室配置相類似變更。
    4- 試驗方法
    關(guān)于試驗計劃中的試驗時間，在原標(biāo)準(zhǔn)中只寫不低于 1 分鐘。而在新標(biāo)準(zhǔn)草案寫道，
    為了加速試驗，選擇試驗時間為 1 分鐘。試驗時間可以分割成 6 個 10 秒的脈沖群，每次間隔暫停 10 秒鐘。在實際的環(huán)境中，脈沖群是隨機發(fā)生的獨立事件，故不傾向于將脈沖群與被試設(shè)備的信號同步。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的制定委員會可以選擇其他的試驗持續(xù)時間。