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1、电子镇流器EMC 认证测量与常见不合格项的分析和对策1 引言众所周知，荧光灯交流电子镇流器(含霓虹灯电子变压器等)其核心部分就是一个DC/AC逆变器，它产生2070kHz 的高频功率振荡用以点亮气体放电灯具，由此会带来电磁干扰(ElectromagneticInterference，即 EMI)和抗干扰(ElectromagneticSusceptibility，即 EMS)等问题。由于近年来出口市场对此类产品的需求增加，而欧美澳等国家对此类产品均有极严格的一套EMC 认证要求，因此解决好EMC 认证就成为厂家能否出口的成功因素之一。可惜的是，由于条件所限，许多厂家都不可能购置价格不菲的EMC
2、 测试设备，因此对设计人员来说对竂XX 吧腅 MC 认证测试的确是个颇为棘手的问题。本文试图较系统地向读者介绍此类产品的国际认证过程，测试方法和测试经验，并在此基础上提出改进此类产品 EMC 特性的若干可行措施，以供厂家设计时参考。2 电子镇流器 EMC 认证必须通过的测试项目表 1 列出了荧光灯电子镇流器为取得欧共体的CE/EMC 认证所必须通过的测试项目。在表 1 中，测试项1，2，3，10，11 属于 EMI 特性，49 则属 EMS。测试项 1，2 为电子镇流器在电源线上发出的传导干扰电压的测试，其中 EN55022 标准是作为所有电子信息技术产品所必须遵守的，ClassB表示室内电器
3、，电子镇流器是一个电源变换与电子控制电路，应属于这个范畴。另外它又是一个电力照明灯具，必须同时遵守有关照明灯具的EN55015标准。测试项3 蔢 XX 赜诘缱诱蛄髌鞯绱懦】占浞淝慷鹊牟馐裕垂娑 肊 N55015 标准，在 9kHz 30MHz 频段，在直径为 2m 的空间内测试该电子镇流器所发出的磁场，同时应用 EN55022标准在 30MHz 1GHz 频段及在电磁屏蔽全吸收暗室内测试所发出的电场。但由于设备和场地所限，我们没有进行对磁场的测试。我们只用GTEM 法对电场作了测试。考虑到此类产品电流较小，所发出的干扰磁场不大，一般无须调整都可以通过，另外用GTEM 小室法代替电磁屏蔽全吸收暗
4、室测试电场，其等效性已为国际所承认，因此我们这种做法并没有影响其测试的精确性。下面我们将选择送检厂家最容易出现不合格的那些测试项作一主要介绍。3 传导干扰电压的测试图 1 传导干扰电压测试系统名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 7 页 -图 2LISN 简化电路图 1 示出对电子镇流器传导干扰电压测试的系统图(Rohde Schwarz)。它由配有IEEE488总线以及 EMI测试软件包 ES的 PC 机，EMI 接收机(RSHS10)，二线耦合退耦网络器ESH3以及待测设备组成。其中待测镇流器与ESH3均放入一电磁屏蔽室内，ESH3是瑞士 Rohde Schwarz
5、 公司生产的一个电源阻抗稳定网络LineImpedanceStabilisationNetwork(LISN)的产品，图 2 示出 LISN 的简化电路，它的作用就是在输入电源的L 和 N 端分别对地接入一个150 电阻，由于高频扼流圈L1，L2(约 250H)的插入，使得150 上的 RF 电压均来自待测的电子镇流器，我们可用一个输入阻抗为50 的已校准好的EMI 测试接收机ESHS10(或频谱分析仪)在指定的带宽下对之进行测试。这个 LISN 含有拨动开关可分别测试 L 线和 N 线上的 RF 电压。整个测试是在软件包ES的控制下进行的。图 3 表示对一个节能灯电子镇流器的传导干扰电压的测
6、试结果。图中曲线 A 表示 Preview时接收机使用准峰值检波得出的测量结果，曲线B 表示 Preview时接收机使用平均值检波得出的另一测量结果，打 X 者和打者分别表示准峰值检波和平均值检波的Final数值。所谓 final就是指在曲线A，B的基础上各找出6 个极大值（这6 个值均要超出极限线或以一个小于10dB V 的距离接近极限线），在每个极大值附近再扫频一次，一般是扫6 个点，得出相应6 个干扰电压值然后求平均，这些平均值就用X 和来表示，统称为 Final点。要判断该产品是否合格，就是看所有X 点是否在准峰值检波的极限线(即C 线)之下以及所有点是否在平均值检波的极限线(即 D
7、线)之下，如果这两个条件都满足，我们就认定该产品通过了此项测试。表 2 给出了 EN55015 及 EN55022ClassB的传导干扰电压极限允许值。频率范围扫频步长接收机中频带宽平均值检波极限电平准峰值检波极限电平0.009MHz 0.05MHz 0.1 200Hz 无要求110dBV 0.05MHz 0.15MHz 0.1 200Hz 无要求9080dBV0.15MHz 0.5MHz 0.1 10kHz 56 46dBV 6656dBV0.5MHz 5.0MHz 0.1 10kHz 46dB V 56dBV 5.0MHz 30.0MHz 0.1 10kHz 50dB V 60dBV 极限
8、电平随频率对数作线性减小EN55015 频率范围：0.009MHz 30.0MHz（用于照明）EN55022 频率范围：0.15MHz 30.0MHz（用于电子控制）表 2EN55015、EN55022classB的传导干扰电压极限允许值名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 7 页 -图 3 一个节能灯电子镇流器传导干扰电压测试结果需要指出的是极限电平的单位用dB V表示，根据dB V数=20LogV(V)，可有1V=0dB V。而60dBV=1mV。在实际应用中，如果厂家需要调试这一指标，但又缺乏上述仪器，则可自已焊接一个图2所示的 LISN 电路，把它插入到电网与待
9、测样品之间，然后将 LISN 的 RF 电压输出端接至示波器的Y 输入轴(注意要并上一个50 电阻)，此时会在示波器屏幕上看到一个50 周近似正弦信号，但其线条比较粗且混有各种不规则的高频电压成份，就在这种情况下我们开始调试待测样品所发出的传导干扰，可选择加入下列各种抑制 EMI 的措施:（1）双线绕制的共模扼流圈(见图 4)当共模或者接地噪声成为显著时使用它特别有效。开关型电源包括电子镇流器几乎无一例外地都使用它。它是由同向的双线绕组绕在铁氧体磁芯上形成一个宽带变压器允许大小相等但方向相反的电流无损耗流过(因为没有磁通形成)，但却抑制了诸如共模噪声，地噪声等带来的数值不等的反向电流(因不平衡
10、的电流在磁芯内形成一个扼流电感)。它另一优点是在正常运用时磁芯远离饱和。（2）LC 差模滤波器当单纯使用共模滤波仍然不能解决问题时，就需要再接入差模滤波器(见图 5)，这是一个由电感、电容接成L 型或 型的低通滤波器用以衰减电源线上传导的EMI 电压。L 值常取 1mH20mH，C 取 47nF、耐压为275VAC 的安全电容。（3）电源输入级滤波器对于功率较大(例如大于50W)的电子镇流器或开关电源，它们产生的传导干扰会更大，这时就需要接入两级共模扼流圈以及4 个旁路电容，如图6 所示形成一个所谓电源输入级滤波器。L1，L2 的数值在几百H到几十 H 之间，它取决于开关频率以及所要求的衰减量
11、。接地旁路电容C2，C3 的值将受到对地漏电流的限制，它一般在2以下，有些甚至小到只取几百PF。（4）铁氧体磁珠为了减少电源线上的RF 干扰，有时可从电路内部想办法消去噪声源，这样会更经济。在一个简单的开关电源中我们可从电压和电流变化大的角度找出产生EMI 的区域(见图 7)在那里接入适合的磁珠。通常磁珠名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 7 页 -是用于消除电路上的高频寄生振荡以及开关级的振铃，用于大电流处较合适。多数的磁珠仅限于100 阻抗，这使它用在开关电路的低阻线路中特有效。有时它也与电容接成L 型或 型的低通滤波器，但要防止由它而产生新的寄生振荡，同时注意磁
12、珠不要被饱和。图 4 在电源与负载间插入共模扼流圈图 5 差模滤波器图 6 典型的电源输入级滤波器图 7 标出 EMI 干扰源的 SMPS 电路图 8GTEMCell场强测量系统配置名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 7 页 -图 9 电子镇流器幅射干扰场强测试结果通过以上措施，一般的传导干扰问题都会获得解决。此时在示波器荧屏上会看见一个线条清秀的稳定正弦波，这表示 RF 干扰电压已受到有效抑制，再正式送样检测就能通过。4 辐射干扰场的测试图8示 出 应 用GTEMCell测 试 电 子 镇 流 器 幅 射 电 场 的 系 统 配 置。GTEMCell即GigaHzT
13、ransverseElectro，中文译为频率达到1G 的横向电磁波小室，它是一个长约10 米的锥形金属密封小室，室内悬挂一块长方形薄金属板，形成一个类似波导管那样可传输TEM 波的内部空间，在锥形室内的末端壁上置有泡沫全吸收塑料以及4 块并联的总值为50 的电阻板，后者与接收机的输入阻抗相匹配，从而实现空间无反射，利用这个小室可以很方便进行对样品发出的幅射干扰场作定量测试，并将结果自动转换成OATS(OpenAreaTestSystem)数据。图 9 示出对一个电子镇流器的OATS 测试结果，图中曲线A 指电场的垂直分量，B 指水平分量，C 表示极限曲线。测量时要求A，B 均不能超过C。一般
14、来说如果设计时已考虑有相当的屏蔽措施(例如采用金属外壳)以及已使用适宜的滤波器使传导干扰降下来，那么幅射场干扰的达标是不成问题的。对于10 几瓦的小功率电子镇流器甚至可采用塑料外壳。对于个别产品幅射场强特别大的，应考虑在didt，dvdt 大的地方加入 D、C、R 缓冲吸收电路。表 3 给出 EN55022ClassB规定的幅射场强极限值表 3EN55022classB规定的幅射场强极限值频率范围带宽准峰值检波极限电平30MHz 230MHz 120kHz 30dB V/m 距离 10 米远230MHz 1000MHz 120kHz 37dB V/m距离 10 米远5 输入电流谐波测试输入电流
15、谐波测试对厂家获得EMC 认证同样是重要的。对 25W 以下的电子镇流器一般无须特别调整就能通过。但对25W 以上的，因国际标准规定对此类照明灯具须改用ClassC 要求，这时就需要加入PFC 功率 因 数 校 正 电 路 才 能 有 可 能 通 过。图10示 出 应 用EMC公 司 出 品 的 谐 波 测 试 仪HARMONICS对一个 21W 的电子镇流器输入电流谐波分量测试结果。图10 的上半部表示240次电流谐波测量值。下半部的曲线A 表示输入 AC 电压波形，曲线B 表示输入电流波形。此镇流器内含一无源 PFC 电路(见图 11)，因而使功率因数提高到0.987，输入电流也接近为正弦
16、波。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 7 页 -图 10 输入电流谐波分量测试结图 11 一个含无源PFC 电路的 28W 电子镇流器对 30W 中功率以上的电子镇流器常采用独立的有源PFCIC 例如 TDA4847，KA7514，MC34261，UC1852等等。目前有多功能的专用IC 例如 KA7531，ML4830 等，它们集 PFC，镇流器控制及驱动器于一体，具有三步热起动，零电压开关，过热保护，可调光等功能。因而更有利于EMC 认证的总体通过。在实际调试过程中，如果厂家缺乏仪器，建议采用以下应变措施：即把一个11W 的电阻串接于输入L线上，用示波器观察电阻
17、两端波形，如果其形状近乎正弦波，便表示输入电流谐波合格。6 抗脉冲干扰与浪涌试验这是电子镇流器的两个常规的抗干扰试验。我们使用EMC公司出品的瞬态特性测试仪TRANSIENT对样品进行测试。在一般情况下如果电路都接有:（1）LC 输入级滤波器；（2）压敏电阻(其额定电压为390V 或者 430V)；（3）开关管耐压Vceo 大于 500V 者。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 7 页 -那么通过这两项测试是没问题的。要注意的是有些厂家喜欢把压敏电阻接在输入级的最前端，有时当浪涌电压来临时压敏电阻还来不及导通而让开关管击穿。如果把压敏电阻置于滤波器LC 之后，由于 LC 对浪涌电压有若干延迟和衰减作用，使压敏电阻适时地导通，保护了电子镇流器。7 小结以上我们介绍了进行电子镇流器EMC 认证所必须通过的测试项目，并就送检厂家常见的不合格项在测试方法，测试标准，以及不合格的成因和对策方面给出主要描述。以上内容同样适用于开关型电源。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 7 页 -