如果您正在開發的電子設備插入墻壁供電，您可能需要將其發送到合規實驗室，以確保其符合各種國際標準，例如 CE、IEC、CEC、CQC、能源之星和規格電源。

根據實驗室的定價以及所需測試和 DUT 的復雜性，每次前往合規實驗室的費用從 2,000 美元到 5,000 美元不等。假設一切順利，該成本已計入開發預算，您可以提前安排測試，這樣您就不會延遲產品發布日期。

但是，如果您的設計未能通過一致性測試，情況就會迅速改變。首先，您必須弄清楚它失敗的原因并設計解決方案。然后，您已經提出了重新測試的預算，并在合規實驗室的測試隊列中等待了幾周。您正在增加費用并失去上市時間優勢。

諸如此類的場景是預合規測試如此重要的一個重要原因。使用正確的設備正確完成，它可以確保合規性測試只不過是一種形式，從而節省您的時間和金錢。

鑒于預一致性測試的優勢，為什么不是每個人每次都對每個新設計都進行測試？工程團隊跳過預合規有兩個主要原因。首先是缺乏內部功率測量專業知識，再加上對學習曲線長的擔憂。第二個是缺乏成本效益高、易于使用的臺式功率分析設備。隨著具有內置預一致性測試和報告功能的低成本功率分析儀的推出，這些原因現在都被擱置了。?

在這里，我們著眼于使用低成本功率分析儀來評估產品的交流電源電流諧波是否符合歐洲使用并在世界范圍內廣泛采用的 IEC 61000-3-2 標準，通常幾乎不需要修改。該標準規定了每相消耗輸入電流≤ 16 A 的設備的限制。IEC 61000-3-12 涵蓋了每相電流 >16 A 且 ≤ 75 A 的設備。這兩個標準的諧波測量和評估方法均受 IEC 61000-4-7 的約束。

電流諧波

由于開關電源對電源線呈現非線性負載，因此輸入電壓和電流波形不相同。在輸入周期的某些部分汲取電流，導致在輸入電流波形上產生諧波。過多的諧波能量會影響連接到電力線的其他設備的運行，并增加供電成本。

大多數現代系統都有某種輸入功率轉換電路（圖 1）。輸入級通常有一個輸入整流器，后跟一個旁路電容器。根據設計，可能有也可能沒有功率因數校正電路。輸入功率受此輸入電路的影響，進而導致非線性響應。這會導致輸入電流出現失真的非正弦波形，并最終導致破壞性諧波。

圖 1：典型的輸入功率轉換電路。

諧波可以定義為一系列具有不同幅度的閉合正弦曲線，可以表示為基本信號頻率的各個倍數。每個諧波的幅度取決于信號的失真。換句話說，諧波是多個純正弦曲線形式的失真信號的數學和視覺表示，因此，如果將所有正弦曲線加在一起，您將得到原始信號。

一般來說，傅里葉分析用于數學計算給定信號的諧波。大多數測量儀器使用快速傅里葉變換 (FFT) 或離散傅里葉變換 (DFT) 算法來計算諧波。DFT 需要更多的處理能力，但可以更準確。理想情況下，您需要使用 DFT 處理以獲得盡可能高準確度的設備。

在現實世界中，設備負載不是恒定的，這會導致每個諧波值的幅度發生變化（圖 2）。這種諧波被稱為波動諧波，因為它們是不斷變化的，所以實時量化它們很重要。波動的諧波還可以產生不是基頻精確倍數的分量。這些分量通常位于電源諧波和間諧波之間。IEC 61000-3-2 標準以 5 Hz 的間隔定義這些組件，并要求對最終一致性進行評估。

圖 2：不斷變化的負載導致波動的諧波。

IEC 61000-3-2 要求

根據 IEC 61000-3-2 標準，設備分為四個類別之一。這些等級是根據許多因素建立的，例如使用的設備數量、使用時間、同一設備在給定時間范圍內的使用頻率、功耗和諧波頻譜，包括相位或清潔程度或扭曲了設備汲取的電流。根據這些標準，設備分為以下幾類：

A 類： 平衡三相設備、家用電器，不包括 D 類標識的設備、除便攜式工具外的工具、白熾燈調光器、音頻設備以及其他任何不屬于 B、C 或 D 類的設備

B類： 便攜式工具、非專業設備的弧焊設備

C類： 照明設備

D類： 個人電腦和個人電腦顯示器、電視接收器

每個班級的要求可能非常具體。例如，微波爐被認為是 A 類設備，并以 100% 的標稱功率進行測試。烤箱必須在最大材料厚度為 3 毫米、外徑為 190 毫米的玻璃碗中加入 1,000 克水。對于預合規性測試，確認特定類型設備的確切要求至關重要。

該標準定義了每個等級對 40次 諧波次數的限制（見表 1）。A 類和 B 類的限制是常數，不依賴于基波電流或功率。B 類使用與 A 類相同的限制乘以 1.5 倍。另一方面，C 類和 D 類的限制是基波電流或額定功率的函數。無論類別如何，所有諧波分量都應保持在這些限制范圍內，以便被認為是合規的。

表 1. IEC 61000-3-2 諧波分量限值。

除了定義的諧波分量限值外，該標準還對測試系統的精度提出了要求。交流電源必須在目標電壓的 2% 范圍內，并且頻率規格的容差在 0.5% 范圍內。該標準還規定了諧波含量和電壓波峰因數的限制。對于預一致性測試，建議使用適當的交流電源，但不是必需的。通常，簡單地使用線路電源應該提供足夠的信息來為特定設計做出正確的決定。

該標準還定義了測量系統精度的要求（見表 2）。定義了兩類設備。用于完全合規性測試的 1 類設備與 2 類設備相比具有更嚴格的精度要求，2 類設備的要求有些寬松，用于一般驗證和預合規性測試。在為此應用選擇功率分析儀時應考慮這些要求。

表 2. 電源一致性測試的測量系統精度要求。

該標準還描述了測量方法的要求。為了測量波動的諧波，需要每 200 ms 捕獲一次數據，沒有間隙。每個數據集應捕獲 10 個 50 Hz 周期或 12 個 60 Hz 周期。必須使用 DFT 分析每個 200 毫秒的模塊，以確定 40 個電流諧波的幅度。Power 軟件用于執行此分析并與指定的限制進行比較。

該標準還要求檢查間諧波。對于每個 200 ms 的塊，測量 5 Hz 至 2,025 Hz 的 400 多個諧波。然后，通過按照標準定義將 400 個諧波組合在一起，將這些分量呈現為 40 個諧波。例如，在圖3中，6次 諧波是從275Hz到325Hz的諧波能量的總和，從而發現了該頻率附近的所有能量。這是針對所有 40 個諧波完成的。

圖 3：捕獲和表示間諧波的方法。

除諧波外，該標準還要求進行頻率、功率、功率因數、電壓諧波和基頻測量。該標準還要求用于測試的軟件能夠標記數據中的過載情況和差距。

預一致性測試

當涉及到預一致性測試時，最好的方法是在整個設計周期中盡早進行測試。在大多數情況下，運行預一致性測試只需要相對穩定的線路電源和功率分析儀。一個好的功率分析儀解決方案可能無法完全滿足所有的一致性測試要求，但它比高端解決方案更實惠，并且在最終一致性測試期間提供了設計通過的高度信心。用于預合規應用的設備應符合幾乎所有 61000-3-2 要求，包括間諧波測試，并且設計成永遠不會假通過；泰克 PA1000 功率分析儀就是這種儀器的一個例子。

為了在功率分析儀和被測設備之間建立連接，在本例中為 1,300-W 微波爐，使用了接線盒（圖 4）。從那里，定義測試參數、打開微波爐并運行測試是一件簡單的事情。?

圖 4：設置用于微波爐的預一致性測試。

在此類測試的結果中（圖 5），您可以看到三次諧波已超過最大限制；這可能是輸入電源設計或輸入側其他問題的結果。將測試結果導出到 .csv 文件有助于識別過多諧波能量的來源。

圖5：。預一致性測試可快速顯示設備超出 IEC 61000-3-2 限制的位置。

審核編輯：湯梓紅