什么是电磁兼容性EMC测试?为什么需要做电磁兼容EMC测试?

文摘   2024-09-25 08:24   马来西亚  

电磁兼容性测试(Electro Magnetic Compatibility - EMC测试)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并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。請注意,在电磁兼容领域要描述的幅度和频率范围都很宽,在图形上用对数坐标更容易表示,因此总是用分贝(dB)的单位描述 (dB就是用对数表示时的单位),比如10mV是20dBmV。

电磁兼容测试性EMC包含EMI和EMS。

EMI电磁干扰

一个设备或装置在操作过程中有不利功能的电磁讯号出现,这些电磁信号会与电子元件作用,产生干扰现象,称为EMI(Electromagnetic Interference)。EMI是电子电器产品工作时对周边外界环境的电磁干扰,EMI包括空间辐射无线干扰和传导有线干扰。EMI就是让产品工作时对外干扰少。

EMI测试项包括: RE (辐射,发射)、CE(传导干扰)、Harmonic (谐波)、Flicker (闪烁) 等。

EMS电磁敏感度

EMS (Electromagnetic Susceptibility),是电子电器产品在一定的电磁环境中工作时其本身对电磁干扰的敏感度。EMS是让产品工作时少受外界的干扰。EMS电磁敏感度是由于电磁能量造成性能下降的容易程度。

EMS测试项包括: ESD (静电) EFT (瞬态脉冲干扰) DIP(电压跌落) CS (传导抗干扰) RS (辐射抗干扰) Surge (浪涌,雷击) PSMS(工频磁场搞扰度)。

EMC测试包括测试方法、测量仪器和试验场所,测试方法以各类标准为依据,测量仪器以频域为基础,试验场地是进行EMC测试的先决条件,也是衡量EMC工作水平的重要因素。EMC检测受场地的影响很大,尤其以电磁辐射发射、辐射接收与辐射敏感度的测试对场地的要求最为严格。

EMI(电磁干扰)属于EMC(电磁兼容)这一术语的范畴。在执行预兼容测试时,您会关注 EMI测试。这是一种来自EMI测试设备的实际现象,又称为辐射。

想要获得 EMI全兼容测试的认证,成本是相当昂贵的 — 万一未能通过 —您不仅需要重新进行设计,还会打乱您的产品开发时间表,耗费大量资金。

图 1:典型的产品开发周期以及EMC测试的阶段

如果能够自行进行EMI测试,那么您在将EMI测试设备送到测试机构进行认证时,就有望尽快通过测试。

需要更多EMI测试信息,请扫描二维码,下载 如何进行辐射测量和传导测量?

“EMC电磁干扰问题,看不见摸不着,很难进行判定和整改,必须采用专门的设备才能测试。实际电路中的EMC干扰主要包括差模干扰信号和共模干扰信号,在DIO数字量板辐射干扰测试范围是30M-1GHz,因此必须选用覆盖此频率范围的频谱分析仪和近场探头才能测试出干扰。

频谱分析仪和近场探头

测试过程中,先使用N9311X-100 配备4个近场探头组中尺寸较大、灵敏度较高的探头来执行 EMC测试,捕获和确定发射源的大致区域;然后使用尺寸较小但分辨率较高的探头来确定发射源的准确位置,通过磁场探头的感应元件来定位这些发射源。在测试数字量电路板的过程中,测试到MOSFET功率输出位置时,发现EMC干扰波形存在尖峰如图4所示,说明MOSFET功率开关过程中造成了辐射干扰过大,导致射频骚扰试验不通过。


频谱分析仪测试波形

通过频谱分析仪配备近场探头,测试数字量电路板,发现功率器件MOSFET开关过程存在电压尖峰,导致了辐射干扰过大。找到问题点,解决问题的思路就很清晰了。”


EMC测试项目包括哪些? EMC标准及EMC测试

国际标准有国际电工委员为IEC2、国际标准华组织ISO3、电气电子工程师学会IEEE4、欧盟电信标准委员会ETSI5、国际无线电通信咨询委员CCIR6、国际通讯联盟ITU6、国际电工委员会IEC有以下分会进行EMC标准研究-CISPR:国际无线电干扰特别委员会-TC77:电气设备(包括电网)内电磁兼容技术委员会-TC65:工业过程测量和控制

国际标准化组织

1、FCC联邦通
2、VDE德国
电气工程师协会
3、VCCI日本民间干扰
4、BS英国标准
5、ABSI美国国家标准
6、GOSTR俄罗斯政府标准
7、GB、GB/T中国国家标准

EMI测试

1、辐射骚扰电磁场(RE)
2、骚扰功率(DP)
3、传导骚扰(CE)
4、谐波电路(Harmonic)
5、电压波动及闪烁(Flicker)
6、瞬态骚扰电源(TDV)

EMS测试

1、辐射敏感度试验(RS)
2、工频次次辐射敏感度试验(PMS)
3、
静电放电抗扰度(ESD)
4、射频场感应的传导骚扰抗扰度测试(CS)
5、电压暂降,短时中断和电压变化抗扰度测试(DIP)
6、浪涌(冲击)抗扰度测试(SURGE)
7、
电快速瞬变脉冲群抗扰度测试(EFT/B)
8、电力线感应/接触(Power induction/contact)

EMC测试结果

A级:实验中技术性能指标正常
B级:试验中性能暂时降低,功能不丧失,实验后能自行恢复
C级:功能允许丧失,但能自恢复,或操作者干预后能恢复
R级:除保护元件外,不允许出现因设备(元件)或软件损坏数据丢失而造成不能恢复的功能丧失或性能降低。

EMC测试设备

EMC辐射发射测试

辐射发射测试主要是考察设备在正常工作时自身对外界的辐射干扰强度,测试场地可以选择半电波暗室或者开阔场,常见的有3m法或10m法。测试频段根据不同的标准要求不同,GB/T6113.1规定了频率段范围:

  • A频段 — 9~150kHz;

  • B频段 — 0.15~30MHz;

  • C频段 — 30~300MHz;

  • D频段 — 300~1000MHz;

  • E频段 — 1GHz以上

下面讓我們看看EMC测试设备有哪些?

EMC是电气设备与其所处电磁环境及其他设备的相互作用。所有电子器件都有可能发射电磁场,而一致性测试是测试的最后一道关卡,其作用是确保电子器件在工作时能够处于安全的 EMI 等级之下。经过认证的测试机构会执行各种 EMI测试,以确定您的器件的发射性能是否适当。这些测试可以分成两大类――发射测试和抗扰度测试。在每一类测试中,您还必须同时执行辐射测试和传导测试

传导测试和辐射测试的区别?

辐射与传导测试标准及常见解决方法、辐射和传导是什么?

电磁干扰包括辐射型(高频)EMI、传导型(低频)EMI,即产生EMC问题主要通过两个途径:一个是空间电磁波干扰的形式;另一个是通过传导的形式

  • 辐射指的就是辐射干扰,主要通过壳体和连接线以电磁波形式污染空间电磁环境。

  • 传导指的就是传导干扰,主要是通过电源线骚扰公共电网或通过其他端子(如:射频端子,输入端子)影响相连接的设备。


辐射测试表征电子器件无意中通过非物理介质发出的电磁能量(空中测试)。传导测试表征电子器件无意中通过物理介质发出的电磁能量(有线测试)。


图 辐射发射测量和传导发射测量表征被测器件发出或收到的发射。

磁环境的影响和其本身对外界电磁环境的耐受能力。虽然二者都是EMC测试的一部分,但是它们的测试目标和测试方式有所不同。

辐射测试是用来评估电子设备会向外界电磁馈射出多少辐射能量或电磁波的测试。在辐射测试中,会对被测设备放置在一个半无限大的辐射场中,通过测量其在不同频率下福射出的电磁能量来评估其辐射水平。这种测试方法能够帮助客户了解设备是否会向周围环境辐射出过多的电磁能量,以及是否满足相关法规标准的要求。

传导测试则是用来评估电子设备对外界电磁干扰的敏感程度以及其内部的抗千扰能力的测试。在传导测试中,会通过将设备连接到各种线缆和天线等外部电磁干扰源中,测试设备是否会受到千扰以及其工作是否正常。这项测试能够帮助客户了解设备内部是否足够抗干扰,以及是否满足相关法规和标准的要求。

实际上,辐射测试和传导测试并不是完全独立的,二者之间存在一定的相关性。辐射源可以成为传导测试中的干扰源,也可以引起传导干扰。因此,在进行EMC测试时,通常需要进行辐射测试和传导测试,以全面评估设备的电磁兼容性。

需要注意的是,辐射测试和传导测试的具体方法和要求可能会因为不同的国家、地区,以及不同的标准和法规而有所不同。因此,在进行测试时,客户应根据自己的需求和目标选择适合的测试方法,并参考相关标准和法规的要求。

辐射发射测试

辐射发射(Radiated Emission)测试,是测量EUT通过空间传播的辐射骚扰场强。可以分为磁场辐射、电场辐射,前者针对灯具和电磁炉,后者则应用普遍。另外,家电和电动工具、AV产品的辅助设备有功率辐射的要求(称为骚扰功率)。

辐射发射测试标准
a) 电场辐射:CISPR22,CISPR13,CISPR11,CISPR14-1(特定类别的玩具);
b) 磁场辐射:CISPR15(工作电流频率超过100Hz的灯具),CISPR11(电磁炉);
c) 骚扰功率:CISPR14-1(工作频率不超过9kHz的一部分设备除外),CISPR13(只对辅助设备)

辐射发射测试量化评测您的器件发射到空中的电磁能量强度,确定器件的这些发射符合相关的标准。许多器件有可能通不过此类测量,因此需要花时间进行预兼容性辐射发射测试。

辐射发射测试

图 辐射发射测试需要的EMC测试设备包括装有预兼容性测试软件的信号分析仪、安装在三脚架上的天线以及被测器件。

辐射发射测试需要的EMC测试设备包括:

  • 半电波暗室(或开阔场):以电磁波的发射和接收完全是空间直射波与地面反射波在接收点相互叠加的理论为基础的测试场地,地面是金属并可产生反射。

  • 经过校准的 EMI天线,安装在三脚架上,与被测器件距离 1 至 3 米

  • 频谱分析仪,装有预兼容性EMC测试软件(Keysight N6141A EMI测量软件)

  • 前置放大器

为避免干扰,您执行辐射发射测试时应远离其他设备。例如,您可以在宽阔的停车场或空旷的会议室里进行测试。关键是在辐射发射测试过程中,要保证广播电台、电视或手机的信号传输不会干扰您的被测器件或天线。

需要更多频谱分析仪测试信息,请扫描二维码,下载 频谱仪原理

频谱分析仪

传导发射测试

传导发射测试原理

传导发射(Conducted Emission)测试,通常也会被成为骚扰电压测试,只要有电源线的产品都会涉及到,包括许多直流供电产品,另外,信号/控制线在不少标准中也有传导发射的要求,通常用骚扰电压或骚扰电流的限值(两者有相互转换关系)来表示,灯具中的插入损耗测试(直接用dB表示)也属于传导测试范畴。

传导发射是由被测器件中的电活动所产生的电磁扰动,它沿着互连电源线、信号线或数据线传播到被测器件之外。传导扰动沿着耦合路径从被测器件传导到其他电子器件。此外,传导扰动还可能在器件自身中传播,并对器件的性能产生不利影响。传导发射测试主要测试由被测器件的交流电流所产生的多余信号。

传导发射测试标准有 CISPR22 CITE,CISPR14-1(家电和工具),CISPR13(AV) , CISPRI5 (JA) , CISPRI1 (ISM)。

执行传导发射测试需要用到的主要设备包括:

  • 频谱分析仪,预兼容性EMC测量软件(Keysight N6141A EMI 测量应用软件)

  • LISN(线路阻抗稳定网络)

  • 限制器

频谱分析仪

辐射抗扰度测试


辐射抗扰度测试原理

辐射抗扰度测试(Radiate Susceptibility)是一种评估设备或系统在电磁辐射环境下的抗干扰能力的测试方法。该测试旨在确定设备在受到电磁辐射时是否能够维持其正常功能和性能。

EMC(电磁兼容性)辐射抗扰度测试(RS,也称为RI)是一种评估设备或系统在电磁辐射环境下的抗干扰能力的测试方法。该测试旨在确定设备在受到电磁辐射时是否能够维持其正常功能和性能。在辐射抗扰度测试测试中,设备将暴露在模拟或实际的电磁辐射场中,以模拟实际工作环境中可能遇到的电磁干扰。测试中会在设备周围放置辐射源,如天线、发射器或辐射室,以产生特定的辐射场。然后观察设备在辐射场中的工作状态和性能是否受到干扰或降低。在RS测试中,会根据标准要求对设备进行多个频率和功率级别的电磁辐射,以评估设备在不同辐射条件下的抗干扰能力。测试结果通常以电磁场强度为单位进行报告,表示设备在不同频率下能够承受的最大辐射场强度。辐射抗扰度测试对于确保设备在真实的电磁环境中能够稳定工作非常重要。通过评估设备的辐射抗扰度,可以识别和解决可能导致设备故障或性能下降的电磁干扰问题,并优化设备的电磁兼容性。

辐射抗扰度测试标准

辐射抗扰度有两个基础标准:IEC 61000-4-3 和 ISO 11452-2,一个是民用产品标准,另一个是车载产品的。二者虽然都是辐射抗扰度,有些共同性(例如都是在电波暗室内做测试,信号发生器等设备也可共用),但区别也很大:前者是3m法(地面铺有吸波材料),后者是1m法(测试桌上有参考接地板)。

抗扰度测试确定您的器件对其他器件发射出来的电磁能量有多敏感。辐射抗扰度测试主要测试您的器件对周围其他器件发射到空中的电磁能量的敏感程度。

射频辐射电磁场对设备的干扰往往是由设备操作、维修和安全检查人员在使用移动电话时所产生的,其他如无线电台、电视发射台、移动无线电发射机和各种工业电磁辐射源(以上属有意发射 ),以及电焊机、晶闸管整流器、荧光灯工作时产生的寄生辐射(以上属无意发射),也都会产生射频辐射干扰。

在辐射抗扰度测试中,设备将暴露在模拟或实际的电磁辐射场中,以模拟实际工作环境中可能遇到的电磁干扰。测试中会在设备周围放置辐射源,如天线、发射器或辐射室,以产生特定的辐射场。然后观察设备在辐射场中的工作状态和性能是否受到干扰或降低。

在辐射抗扰度测试中,会根据标准要求对设备进行多个频率和功率级别的电磁辐射,以评估设备在不同辐射条件下的抗干扰能力。测试结果通常以电磁场强度为单位进行报告,表示设备在不同频率下能够承受的最大辐射场强度。

辐射抗扰度测试对于确保设备在真实的电磁环境中能够稳定工作非常重要。通过评估设备的辐射抗扰度,可以识别和解决可能导致设备故障或性能下降的电磁干扰问题,并优化设备的电磁兼容性。

辐射抗扰度测试需要的设备包括:

  • 信号发生器

  • 近场探头组

  • 天线

传导抗扰度测试主要评测您的器件和电缆对来自其他器件的 EMI 的敏感程度。您不希望自己的器件受到邻近器件电磁发射的影响,因此抗扰度测试十分重要。与其他预兼容性测试相比,抗扰度测试更快、更容易。CISPR 标准没有要求必须执行抗扰度测试,但我们强烈推荐您执行这些测试。

图 辐射抗扰度测试需要使用的设备包括信号发生器、信号分析仪、一组近场探头以及被测器件。推荐阅读白皮书:

需要更多EMI测试信息,请扫描二维码: 近场电磁干扰EMI故障排除

"近场电磁干扰 (EMI) 测试是电磁兼容性 (EMC) 辐射发射预一致性测试中的重要工具。近距离测试是在短距离内进行的。远场测试是在测试设施中使用 EMI接收器和天线在 3 至 10 米的距离内进行的。电磁场的性质由被测设备 (DUT) 以及接收器和天线与 DUT 的距离决定。远场辐射发射测量可准确确定 DUT 是否符合相关 EMC/EMI 标准。然而,远场测试有局限性。它无法识别排放源。辐射发射可能来自 USB 端口、LAN 端口、屏蔽层接缝、电缆甚至电源线。近场测试是准确定位发射源的唯一方法,通常使用信号分析仪和近场探头进行。"

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“汽车充电站必须符合 EMC 标准 EVSE 供应商必须解决一系列技术难题,包括安全性、性能以及 EV 和 EVSE 之间的互操作性。用户希望汽车充电的速度能够更快、功率能够更高,这就要求越来越多的车型和 EVSE 厂商确保产品的安全性和性能。这其中的一个关键领域是确保 EVSE 的电磁兼容性(EMC),汽车EMC 不只是针对将要充电的车辆,还要针对我们现代生活中不可或缺的大量电子器件。随着越来越多的汽车充电站的涌现,尤其是在住宅区和学校附近,为保护公众和行业免受伤害, EMC 标准也在不断发展。对于 EVSE 制造商而言,遵守 EMC 标准有助于确保产品的安全性、性能和可靠性,同时也有利于树立市场信心,提升品牌声誉。

随着对更快和大功率充电的期望,需要确保越来越多的电动汽车 (EV) 型号和电动汽车供应设备 (EVSE) 供应商的安全性和性能。确保 EVSE 与其要充电的 EV 以及附近的电子设备的电磁兼容性 (EMC) 是确保安全性和性能所必需的。”

什么是电动汽车供电设备(EVSE)?EVSE是电动车供电设备 (Electric Vehicle Supply Equipment ) 的缩写,通常指充电站。电动车辆供电设备在1级和2级额定电压下为电动汽车电池充电。电动汽车(EV)车主依靠电动汽车供电设备(EVSE)为电池高效充电。EVSE通常被称为充电站,它在电动汽车、电网和其他能源之间提供可靠和安全的连接。本常见问题解答探讨了EVSE外壳中的各种组件,描述了住宅和商业安装之间的差异,并预览了新兴的EVSE趋势。

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