電子鎮(zhèn)流器EMC認證測量與常見不合格項的分析和對策

1引言

眾所周知，熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器(含霓虹燈電子變壓器等)其核心部分就是一個DC/AC逆變器，它產(chǎn)生20～70kHz的高頻功率振蕩用以點亮氣體放電燈具，由此會帶來電磁干擾(ElectromagneticInterference，即EMI)和抗干擾(ElectromagneticSusceptibility，即EMS)等問題。由于近年來出口市場對此類產(chǎn)品的需求增加，而歐美澳等國家對此類產(chǎn)品均有極嚴格的一套EMC認證要求，因此解決好EMC認證就成為廠家能否出口的成功因素之一。

可惜的是，由于條件所限，許多廠家都不可能購置價格不菲的EMC測試設(shè)備，因此對設(shè)計人員來說對付陌生的EMC認證測試的確是個頗為棘手的問題。

本文試圖較系統(tǒng)地向讀者介紹此類產(chǎn)品的國際認證過程，測試方法和測試經(jīng)驗，并在此基礎(chǔ)上提出改進此類產(chǎn)品EMC特性的若干可行措施，以供廠家設(shè)計時參考。

2電子鎮(zhèn)流器EMC認證必須通過的測試項目

表1列出了熒光燈電子鎮(zhèn)流器為取得歐共體的CE/EMC認證所必須通過的測試項目。

在表1中，測試項1，2，3，10，11屬于EMI特性，4－9則屬EMS。測試項1，2為電子鎮(zhèn)流器在電源線上發(fā)出的傳導(dǎo)干擾電壓的測試，其中EN55022標(biāo)準(zhǔn)是作為所有電子信息技術(shù)產(chǎn)品所必須遵守的，ClassB表示室內(nèi)電器，電子鎮(zhèn)流器是一個電源變換與電子控制電路，應(yīng)屬于這個范疇。另外它又是一個電力照明燈具，必須同時遵守有關(guān)照明燈具的EN55015標(biāo)準(zhǔn)。測試項3是關(guān)于電子鎮(zhèn)流器電磁場空間幅射強度的測試，按規(guī)定應(yīng)用EN55015標(biāo)準(zhǔn)，在9kHz～30MHz頻段，在直徑為2m的空間內(nèi)測試該電子鎮(zhèn)流器所發(fā)出的磁場，同時應(yīng)用EN55022標(biāo)準(zhǔn)在30MHz～1GHz頻段及在電磁屏蔽全吸收暗室內(nèi)測試所發(fā)出的電場。但由于設(shè)備和場地所限，我們沒有進行對磁場的測試。我們只用GTEM法對電場作了測試。考慮到此類產(chǎn)品電流較小，所發(fā)出的干擾磁場不大，一般無須調(diào)整都可以通過，另外用GTEM小室法代替電磁屏蔽全吸收暗室測試電場，其等效性已為國際所承認，因此我們這種做法并沒有影響其測試的精確性。下面我們將選擇送檢廠家最容易出現(xiàn)不合格的那些測試項作一主要介紹。

3傳導(dǎo)干擾電壓的測試

表1EMC認證測試項目

圖1傳導(dǎo)干擾電壓測試系統(tǒng)

圖2LISN簡化電路

圖1示出對電子鎮(zhèn)流器傳導(dǎo)干擾電壓測試的系統(tǒng)圖(Rohde＆Schwarz)。它由配有IEEE488總線以及EMI測試軟件包ES?K1的PC機，EMI接收機(RSHS10)，二線耦合－退耦網(wǎng)絡(luò)器ESH3?5Z以及待測設(shè)備組成。其中待測鎮(zhèn)流器與ESH3?5Z均放入一電磁屏蔽室內(nèi)，ESH3?5Z是瑞士Rohde＆Schwarz公司生產(chǎn)的一個電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)〔LineImpedanceStabilisationNetwork(LISN)〕的產(chǎn)品，圖2示出LISN的簡化電路，它的作用就是在輸入電源的L和N端分別對地接入一個150Ω電阻，由于高頻扼流圈L1，L2(約250μH)的插入，使得150Ω上的RF電壓均來自待測的電子鎮(zhèn)流器，我們可用一個輸入阻抗為50Ω的已校準(zhǔn)好的EMI測試接收機ESHS10(或頻譜分析儀)在指定的帶寬下對之進行測試。這個LISN含有撥動開關(guān)可分別測試L線和N線上的RF電壓。整個測試是在軟件包ES?K1的控制下進行的。

圖3表示對一個節(jié)能燈電子鎮(zhèn)流器的傳導(dǎo)干擾電壓的測試結(jié)果。圖中曲線A表示Preview?test時接收機使用準(zhǔn)峰值檢波得出的測量結(jié)果，曲線B表示Preview?test時接收機使用平均值檢波得出的另一測量結(jié)果，打X者和打＋者分別表示準(zhǔn)峰值檢波和平均值檢波的Final?test數(shù)值。所謂final?test就是指在曲線A，B的基礎(chǔ)上各找出6個極大值（這6個值均要超出極限線或以一個小于10dBμV的距離接近極限線），在每個極大值附近再掃頻一次，一般是掃6個點，得出相應(yīng)6個干擾電壓值然后求平均，這些平均值就用X和＋來表示，統(tǒng)稱為Final?test點。要判斷該產(chǎn)品是否合格，就是看所有X點是否在準(zhǔn)峰值檢波的極限線(即C線)之下以及所有＋點是否在平均值檢波的極限線(即D線)之下，如果這兩個條件都滿足，我們就認定該產(chǎn)品通過了此項測試。表2給出了EN55015及EN55022ClassB的傳導(dǎo)干擾電壓極限允許值。

表2EN55015、EN55022classB的傳導(dǎo)干擾電壓極限允許值

圖3一個節(jié)能燈電子鎮(zhèn)流器傳導(dǎo)干擾電壓測試結(jié)果

需要指出的是極限電平的單位用dBμV表示，根據(jù)dBμV數(shù)=20LogV(μV)，可有1μV=0dBμV。而60dBμV=1mV。在實際應(yīng)用中，如果廠家需要調(diào)試這一指標(biāo)，但又缺乏上述儀器，則可自已焊接一個圖2所示的LISN電路，把它插入到電網(wǎng)與待測樣品之間，然后將LISN的RF電壓輸出端接至示波器的Y輸入軸(注意要并上一個50Ω電阻)，此時會在示波器屏幕上看到一個50周近似正弦信號，但其線條比較粗且混有各種不規(guī)則的高頻電壓成份，就在這種情況下我們開始調(diào)試待測樣品所發(fā)出的傳導(dǎo)干擾，可選擇加入下列各種抑制EMI的措施:

（1）雙線繞制的共模扼流圈(見圖4)

當(dāng)共模或者接地噪聲成為顯著時使用它特別有效。開關(guān)型電源包括電子鎮(zhèn)流器幾乎無一例外地都使用它。它是由同向的雙線繞組繞在鐵氧體磁芯上形成一個寬帶變壓器允許大小相等但方向相反的電流無損耗流過(因為沒有磁通形成)，但卻抑制了諸如共模噪聲，地噪聲等帶來的數(shù)值不等的反向電流(因不平衡的電流在磁芯內(nèi)形成一個扼流電感)。它另一優(yōu)點是在正常運用時磁芯遠離飽和。

（2）LC差模濾波器

當(dāng)單純使用共模濾波仍然不能解決問題時，就需要再接入差模濾波器(見圖5)，這是一個由電感、電容接成L型或π型的低通濾波器用以衰減電源線上傳導(dǎo)的EMI電壓。L值常取1mH～20mH，C取47nF、耐壓為275VAC的安全電容。

（3）電源輸入級濾波器

對于功率較大(例如大于50W)的電子鎮(zhèn)流器或開關(guān)電源，它們產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾會更大，這時就需要接入兩級共模扼流圈以及4個旁路電容，如圖6所示形成一個所謂電源輸入級濾波器。L1，L2的數(shù)值在幾百μH到幾十μH之間，它取決于開關(guān)頻率以及所要求的衰減量。接地旁路電容C2，C3的值將受到對地漏電流的限制，它一般在2?2nF以下，有些甚至小到只取幾百PF。

（4）鐵氧體磁珠

為了減少電源線上的RF干擾，有時可從電路內(nèi)部想辦法消去噪聲源，這樣會更經(jīng)濟。在一個簡單的開關(guān)電源中我們可從電壓和電流變化大的角度找出產(chǎn)生EMI的區(qū)域(見圖7)在那里接入適合的磁珠。通常磁珠是用于消除電路上的高頻寄生振蕩以及開關(guān)級的振鈴，用于大電流處較合適。多數(shù)的磁珠僅限于100Ω阻抗，這使它用在開關(guān)電路的低阻線路中特有效。有時它也與電容接成L型或π型的低通濾波器，但要防止由它而產(chǎn)生新的寄生振蕩，同時注意磁珠不要被飽和。

圖4在電源與負載間插入共模扼流圈

圖5差模濾波器

圖6典型的電源輸入級濾波器

圖7標(biāo)出EMI干擾源的SMPS電路

圖8GTEMCell場強測量系統(tǒng)配置

圖9電子鎮(zhèn)流器幅射干擾場強測試結(jié)果

通過以上措施，一般的傳導(dǎo)干擾問題都會獲得解決。此時在示波器熒屏上會看見一個線條清秀的穩(wěn)定正弦波，這表示RF干擾電壓已受到有效抑制，再正式送樣檢測就能通過。

4輻射干擾場的測試

圖8示出應(yīng)用GTEMCell測試電子鎮(zhèn)流器幅射電場的系統(tǒng)配置。GTEMCell即GigaHzTransverseElectro?MagneticCell，中文譯為頻率達到1G的橫向電磁波小室，它是一個長約10米的錐形金屬密封小室，室內(nèi)懸掛一塊長方形薄金屬板，形成一個類似波導(dǎo)管那樣可傳輸TEM波的內(nèi)部空間，在錐形室內(nèi)的末端壁上置有泡沫全吸收塑料以及4塊并聯(lián)的總值為50Ω的電阻板，后者與接收機的輸入阻抗相匹配，從而實現(xiàn)空間無反射，利用這個小室可以很方便進行對樣品發(fā)出的幅射干擾場作定量測試，并將結(jié)果自動轉(zhuǎn)換成OATS(OpenAreaTestSystem)數(shù)據(jù)。

圖9示出對一個電子鎮(zhèn)流器的OATS測試結(jié)果，圖中曲線A指電場的垂直分量，B指水平分量，C表示極限曲線。測量時要求A，B均不能超過C。一般來說如果設(shè)計時已考慮有相當(dāng)?shù)钠帘未胧?例如采用金屬外殼)以及已使用適宜的濾波器使傳導(dǎo)干擾降下來，那么幅射場干擾的達標(biāo)是不成問題的。對于10幾瓦的小功率電子鎮(zhèn)流器甚至可采用塑料外殼。對于個別產(chǎn)品幅射場強特別大的，應(yīng)考慮在di／dt，dv／dt大的地方加入D、C、R緩沖吸收電路。

表3給出EN55022ClassB規(guī)定的幅射場強極限值

表3EN55022classB規(guī)定的幅射場強極限值

輸入電流諧波測試對廠家獲得EMC認證同樣是重要的。對25W以下的電子鎮(zhèn)流器一般無須特別調(diào)整就能通過。但對25W以上的，因國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對此類照明燈具須改用ClassC要求，這時就需要加入PFC功率因數(shù)校正電路才能有可能通過。圖10示出應(yīng)用EMC?PARTNER公司出品的諧波測試儀HARMONICS?1000對一個21W的電子鎮(zhèn)流器輸入電流諧波分量測試結(jié)果。圖10的上半部表示2～40次電流諧波測量值。下半部的曲線A表示輸入AC電壓波形，曲線B表示輸入電流波形。此鎮(zhèn)流器內(nèi)含一無源PFC電路(見圖11)，因而使功率因數(shù)提高到0.987，輸入電流也接近為正弦波。

圖10輸入電流諧波分量測試結(jié)果

圖11一個含無源PFC電路的28W電子鎮(zhèn)流器

對30W中功率以上的電子鎮(zhèn)流器常采用獨立的有源PFCIC例如TDA4847，KA7514，MC34261，UC1852等等。目前有多功能的專用IC例如KA7531，ML4830等，它們集PFC，鎮(zhèn)流器控制及驅(qū)動器于一體，具有三步熱起動，零電壓開關(guān)，過熱保護，可調(diào)光等功能。因而更有利于EMC認證的總體通過。

在實際調(diào)試過程中，如果廠家缺乏儀器，建議采用以下應(yīng)變措施：即把一個1Ω／1W的電阻串接于輸入L線上，用示波器觀察電阻兩端波形，如果其形狀近乎正弦波，便表示輸入電流諧波合格。

6抗脈沖干擾與浪涌試驗

這是電子鎮(zhèn)流器的兩個常規(guī)的抗干擾試驗。我們使用EMC?PARTNER公司出品的瞬態(tài)特性測試儀TRANSIENT?1000對樣品進行測試。在一般情況下如果電路都接有:

（1）LC輸入級濾波器；

（2）壓敏電阻(其額定電壓為390V或者430V)；

（3）開關(guān)管耐壓Vceo大于500V者。

那么通過這兩項測試是沒問題的。要注意的是有些廠家喜歡把壓敏電阻接在輸入級的最前端，有時當(dāng)浪涌電壓來臨時壓敏電阻還來不及導(dǎo)通而讓開關(guān)管擊穿。如果把壓敏電阻置于濾波器LC之后，由于LC對浪涌電壓有若干延遲和衰減作用，使壓敏電阻適時地導(dǎo)通，保護了電子鎮(zhèn)流器。

7小結(jié)

以上我們介紹了進行電子鎮(zhèn)流器EMC認證所必須通過的測試項目，并就送檢廠家常見的不合格項在測試方法，測試標(biāo)準(zhǔn)，以及不合格的成因和對策方面給出主要描述。以上內(nèi)容同樣適用于開關(guān)型電源。