交流供電被測件進行CS101測試時所施加紋波干擾信號的監(jiān)測

摘要

交流供電被測件進行CS101測試時所施加紋波干擾信號如何監(jiān)測，一直是該項目的一個測試難點。文章介紹了幾種不同的監(jiān)測方法，主要有：1、差分探頭+示波器的方法，2、帶阻或高通濾波器的方法，3、高壓探頭+浮地示波器的方法，4、傳感器+頻譜儀的方法，5、按校驗值直接施加紋波干擾信號的方法。*后介紹了一款紋波監(jiān)測器，該產(chǎn)品同時采用了帶阻或高通濾波器的方法、傳感器+頻譜儀的方法。

1、引言

交流供電被測件（EUT）進行GJB151B-2013《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》中CS101項目（25Hz～150kHz電源線傳導敏感度）測試過程中，監(jiān)測所施加紋波干擾信號時，無法直接采用普通高壓探頭+接地的示波器進行測量。示波器機殼通過使用交流電源設(shè)備電源線中的第三根導線地線，將探頭地線連到一個測試點上。如果這時使用單端探頭測量，那么單端探頭的地線與供電線直接相連，后果必然是短路。針對上述情況可以采用以下方法（以50Hz/220V交流供電EUT為例進行說明）。

2、差分探頭+示波器

采用GJB151B-2013標準中建議的差分探頭。在標準GJB151B-2013的5.8.3.3測試步驟條目c)步驟有描述：允許使用差分探頭進行測試，此時示波器既可以不通過隔離變壓器供電，又可以繼續(xù)保持地線連接，避免電擊危害。

差分探頭，DifferentialProbes，是探頭的一種，是利用差分放大原理設(shè)計出來的示波器探頭，主要用于觀測差分信號，差分信號是相互參考、而不是以地作為參考點的信號。差分放大原理是指一對信號同時輸入到放大電路中，然后相減，得到原始信號。差分放大器是由兩個參數(shù)特性相同的晶體管用直接耦合方式構(gòu)成的放大器。若兩個輸入端上分別輸入大小相同且相位相同的信號時，輸出為零，從而克服零點漂移。差分探頭如下圖所示。

圖1  差分探頭

3、帶阻或高通濾波器

GJB151B在5.8.3.2測試配置c)條目中提出了：對于AC電源，必要時可采用帶阻或高通濾波器抑制電源基波信號。但應使用濾波器的插入損耗系數(shù)對示波器的測量數(shù)據(jù)進行修正。

4、相移網(wǎng)絡

采用相移網(wǎng)絡進行測量，相移網(wǎng)絡采用將輸入電源波形反相后疊加到EUT電源輸入端波形上的原理，使輸出近似僅為紋波電壓波形。相移網(wǎng)絡如圖2所示（7021-1，PhaseShift Network, 美國Solar公司），采用相移網(wǎng)絡測量時的連線示意圖如圖3所示。

圖2  相移網(wǎng)絡

圖3  采用相移網(wǎng)絡測量時的連線示意圖

采用相移網(wǎng)絡測量紋波，由于紋波電壓在輸入電源阻抗部分上的壓降改變了輸入波形，而且會再與EUT電源輸入端紋波電壓組合，從而導致紋波電壓測量值不夠準確，新版的GJB151和MIL-STD-461系列標準不建議使用。但是，如果在不監(jiān)測和不夠準確監(jiān)測之間選擇，同時又有相移網(wǎng)絡的情況下，個人認為采用相移網(wǎng)絡實現(xiàn)交流供電被測件進行CS101測試時所施加紋波干擾信號的監(jiān)測是一種可采用的方法。

5、高壓探頭+浮地示波器

在示波器浮地情況下（通過切斷標準三頭AC插座地線的方法或使用一個隔離變壓器，切斷中線與地線的連接），高阻耦合，采用高壓探頭+浮地示波器的方法直接測量，施加的干擾信號會疊加在50Hz上，通過光標來卡，可以測量出峰峰值幅度（轉(zhuǎn)換成有效值，即峰峰值=有效值×2√2）。由于浮地，操作要小心，避免電擊，注意人身安全。

6、傳感器+頻譜儀

采用電流探頭等傳感器加頻譜儀的方式來測試，雖然有50Hz信號，但利用頻譜儀的選頻功能可以測試得到CS101所加頻率的信號，動態(tài)也可以滿足。MIL-STD-461G標準中也描述了可以使用帶有傳感器的測量接收機來進行監(jiān)測，如圖4所示，電流探頭是非接觸式測量，電流探頭使得接收機與EUT的電源得到隔離，使得測量安全、便捷。

圖4  采用接收機+傳感器測量

7、按校驗值直接施加紋波干擾信號

在實際測試過程中，220V供電的被測件做CS101測試時出現(xiàn)問題的概率很低，直接按校驗的功率曲線加，不監(jiān)測，一般也不會有問題，但這種方法畢竟和標準所規(guī)定的測試方法有出入，僅供參考。

8、Pearson公司的紋波監(jiān)測器

*后，介紹一下美國Pearson公司的紋波監(jiān)測器PRD-120（如圖5所示，120VAC或DC）和PRD-240（如圖6所示，240V AC或270VDC）。根據(jù)個人的理解，該紋波監(jiān)測器采用的是帶阻或高通濾波器方法，同時采用電流探頭+接收機的方法來實現(xiàn)紋波監(jiān)測。紋波監(jiān)測器測試連線示意圖如圖7所示。紋波監(jiān)測器的修正系數(shù)（插入損耗）如圖8所示，在10Hz～1kHz頻段紋波監(jiān)測器插入損耗約為80dB，在150kHz頻率點紋波監(jiān)測器插入損耗約為52dB。這樣的插入損耗曲線非常有利于采用接收機來監(jiān)測CS101的電壓限值（如圖9所示）。例如，在交流供電被測件（50Hz/220VAC為例）進行CS101測試時所施加紋波干擾信號的監(jiān)測時，以起始頻率點——100Hz頻率點為例（對于交流電源線，測試頻率范圍為EUT電源頻率二次諧波至150kHz，50Hz的電源工作頻率的二次諧波為100Hz），100Hz頻率點CS101要求的電壓限值為136dBuV，Pearson公司的紋波監(jiān)測器的插入損耗為80dB，即接收機端口接收到的電壓為56dBuV；而在150kHz頻率點，該頻率點的電壓限值為106.5dBuV，Pearson公司的紋波監(jiān)測器的插入損耗為52dB，即接收機端口接收到的電壓為54.5dBuV。整個100Hz～150kHz頻段內(nèi)都是五十多dBuV的電壓電平，這樣的幅度對于接收機測量來說很合適。如果在150kHz頻率點插入損耗也為80dB，那么接收機端口接收到的電壓為26.5dBuV，CS101的紋波電壓是緩慢的加到電壓限值106.5dBuV，那么接收機接收二十左右電壓電平幅度的信號，信噪比較小，測試速度會比較慢。Pearson公司的紋波監(jiān)測器本身也有插入損耗整個頻段都是80dB的，如圖10所示，兩個不同的插入損耗通過紋波監(jiān)測器上的切換開開關(guān)來實現(xiàn)，這也是該型產(chǎn)品設(shè)計的巧妙之處。

為了閱讀方便，將CS101的相關(guān)內(nèi)容附后。

9、CS101目的

CS101（25Hz～150kHz電源線傳導敏感度）項目用于檢驗EUT承受耦合到輸入電源線上的信號的能力，主要目的是在允許電源電壓波形失真的脈動電壓條件下確保設(shè)備性能不降低。

10、CS101適用范圍

適用于設(shè)備和分系統(tǒng)的交流電源線（每相電流≤100A）和直流輸入電源線，不包括回線。對于交流電源線，測試頻率范圍為EUT電源頻率二次諧波至150kHz；對于直流輸入電源線，測試頻率范圍為25Hz～150kHz。

11、CS101測量方法

CS101（25Hz～150kHz電源線傳導敏感度）測試系統(tǒng)主要由信號發(fā)生器、功率放大器、示波器（高阻輸入阻抗）、耦合變壓器、電容，10μF、隔離變壓器、0.5歐姆電阻、LISN等組成。首先進行系統(tǒng)校驗。按照圖11連接測試設(shè)備，將0.5歐姆電阻連接到耦合變壓器次級的兩端進行校驗。由信號發(fā)生器和音頻功率放大器產(chǎn)生的敏感度信號（正弦信號）經(jīng)耦合變壓器施加到0.5歐姆電阻上，示波器讀取輸入信號的電壓電平，當此功率值小于標準規(guī)定的功率極限值（如圖15所示）時，增加信號源輸出幅度，直到示波器監(jiān)測的值達到標準極限值。

圖11  系統(tǒng)校驗配置示意圖

其次，進行敏感度測試。對于DC或單相AC電源，按圖12布置測試配置；對三相△型連接電源，按圖13布置測試配置；對三相Y型連接電源（四根電源線），按照圖14布置測試配置。以DC電源線信號注入配置為例，由信號發(fā)生器和音頻功率放大器產(chǎn)生的敏感度信號，經(jīng)耦合變壓器施加到受試設(shè)備的電源線上，由監(jiān)測監(jiān)測輸出的信號，觀察受試設(shè)備是否敏感。此項測試中，施加的敏感度信號有兩種情況，一種是示波器監(jiān)測的電壓值達到圖9中的電壓限值，但功率值未達到校驗值；另一種是示波器監(jiān)測的電壓值未達到限值要求，但功率值達到了校驗值。