#R&S技術科普

電磁兼容（EMC, Electro-magnetic Compatibility）標準是現代電子產品設計過程中必須通過的一個門檻。大部分電子產品的出口（或進口）認證過程中都會涉及到EMC測量，如歐盟CE認證、美國FCC認證和中國3C認證等，最為常見的EMC測試就是電源端傳導騷擾電壓。人工電源網絡是傳導騷擾電壓測試系統中的重要組成部分，主要負責將干擾電壓耦合至 EMI 測量接收機進行測量與分析。

01LISN是什么?

人工電源網絡簡稱LISN（Line impedance stabilization network）或AMN(Artificial Mains Network)是傳導電壓騷擾測量的主要工具。在傳導騷擾電壓測試布置中，待測物的電源供電端連接到LISN的電源輸出，LISN的電源輸入連接到電網，LISN的射頻輸出連接到EMI測量接收機，如圖1所示。

圖1 傳導騷擾電壓測試方框圖

在傳導騷擾電壓測試中，LISN主要有以下作用：

提供待測設備（DUT）的供電（AC/DC）

將待測設備（DUT）產生的騷擾電壓耦合到測量接收機

提供穩定的輸入阻抗作為測量標準

具有濾波功能，防止電網與待測物（DUT）之間的相互干擾

02LISN 如何分類？

常見的LISN可以分為兩類：V型LISN和Δ型LISN。用戶需要根據自己的產品測試需求來選擇對應的LISN類型。

V型LISN：

模擬阻抗為50Ω的人工電源網絡，用來測量非對稱電壓（Unsymmetrical Voltage），即每根導線或端子與規定的接地基準之間的射頻騷擾電壓。由于每根導線或端子都會流過共模與差模電流，所以測量的結果并不區分差模電壓或者共模電壓，結果是兩種干擾的矢量疊加。如果需要使用V型LISN進行差模或者共模干擾的測試，需要借助額外的差共模分離裝置，比如Schwarzbeck的CMDM 8700。

Δ型LISN：

模擬阻抗為150Ω的人工電源網絡，用來測量對稱電壓（Symmetrical Voltage），即兩根導線或端子之間的射頻騷擾電壓（差模電壓）；也可測量不對稱電壓（Asymmetrical Voltage），即兩根導線的電氣中點與參考地之間的射頻騷擾電壓（共模電壓）。所以Δ型LISN是可以直接輸出差模或者共模干擾信號的。除此以外，還可以兼顧V型LISN的功能，用來測量非對稱電壓（Unsymmetrical Voltage），但是模擬的阻抗值仍然是150Ω。

圖2 V型LISN和Δ型LISN

兩種不同類型LISN中，V型LISN是應用最廣泛的， V型LISN按阻抗和應用的不同分為兩類：

-電感為5μH 的V型LISN：滿足標準CISPR 16-1-2、 CISPR 25、 ISO 7637以及DO160的要求，主要用于汽車、船只和飛行器電子零部件的EMI測量，如R&S ESH3-Z6(圖3)。

圖3 R&S ESH3-Z6

-電感為50μH 的V型LISN：滿足標準CISPR 16-1-2、 MIL STD 461 以及 ANSI C63.4的要求，主要用于消費及軍用電子產品的EMI測量，如R&S ENV216(圖4)。

圖4 R&S ENV216

而Δ型LISN目前主要是應用在產品標準CISPR 11中針對并網電源轉換器類產品的DC輸入端口進行騷擾電壓測試,比如常見的光伏并網逆變器等，Schwarzbeck的 PVDC 8300（圖5）就是典型的Δ型LISN。由于CISPR 11只要求這類產品的DC端測試需要使用Δ型LISN，因此也稱之為DC-AN。

圖5 Schwarzbeck PVDC 8300

圖 6 CISPR 11 中針對并網類電源的測試布置

因此LISN的分類歸納總結如下圖：

圖 7 LISN 分類歸納圖

03LISN為什么會引起電網跳閘？

在使用LISN的過程中，當LISN連接到交流電網時，會觸發所在線路漏電保護器而導致跳閘，因而無法正常進行傳導騷擾測試。

這是由于LISN的結構比較特殊，致使所在回路的漏電流達到幾百毫安或更高（特別是接入電網的瞬間），遠遠超出了漏電保護裝置的閾值（一般為30mA），因此引起漏電保護裝置跳閘是正常的。所以無論在LISN機殼標簽或者說明書中都有漏電流過大的說明，例如在R&S ENV216產品的背面有大漏電流的警告說明，警示用戶安裝LISN時要注意接地保護的處理。

圖 8 ENV216 漏電流警告說明

那LISN上的漏電流是怎樣形成的呢？

我們可以參考圖9中的R&S ENV216的電路圖，相線L或中線N都有對參考接地跨接的電容，與電感組合一起形成典型的低通濾波器，從而對來自電網和DUT的高頻干擾進行濾波。由于這些電容的容量較大，在電網工作頻率50Hz時候的阻抗會變小，產生對地的漏電流因此就會增加。

理論上漏電流可以用公式 I= U/Z來計算，U是電網電壓，Z為相線對地的阻抗值，這里我們只考慮電容的容抗值，因此Z可用來表示，其中ω= 2πf，f = 50Hz。通過計算可以得到理論上如果要使漏電流I小于漏電保護裝置的閾值30mA，回路對地的總電容應至少要小于0.43μF，這還是在不考慮工頻的諧波分量的情況下。但由于LISN需要模擬標準要求的阻抗和達到相應的濾波要求，電容的設計值會遠大于該計算值（可參考CISPR 16-1-2 附錄A的要求），所以LSIN對地的大漏電流是無法避免的。

圖9 R&S ENV216電路原理圖

那如何解決漏電保護器跳閘的問題呢？可以從兩方面考慮去改造電網：

①拆除漏電保護裝置：

拆除漏電保護裝置是最簡單直接的辦法，實際就是對回路中存在的漏電流不作任何處理。一些EMC實驗室會在特殊的試驗場地把漏電保護裝置去掉。這樣一來即使有非常大的漏電流，也可以正常使用LISN。

優點：

◎ 操作簡單，方便。

◎ 成本低，因無需使用額外的設備。

缺點：

有安全隱患。當電器出現故障的時候，操作人員得不到保護，同時沒有漏電保護裝置也不符合實驗樓的電氣安全規定。

②采用隔離變壓器：

使用隔離變壓器，目的是隔離實際測試回路和電網回路。我們可在LISN與電網直接添加一個隔離變壓器，由于變壓器的初級（電網）和次級（LISN）在電氣上是隔離的，這樣就形成了兩個完全獨立的回路，LISN所在回路產生的漏電流不會通過漏電保護裝置的回路，也就無法讓其觸發。

圖10 傳導騷擾電壓測試方框圖（接隔離變壓器）

優點：

◎ 安全性好。首先電網的漏電保護裝置依然能夠起到保護作用，其次隔離變壓器的初級與次級是電氣隔離的，次級（LISN）的相線和中線對地的電位差都是零，只要操作人員不同時去觸碰相線和中線，就不會導致觸電事故。

◎電壓可調節。除了1:1的規格，用戶還可以使用電壓可調的隔離變壓器，方便測量不同電壓的產品。

04LISN如何接地？

接地是LISN安裝過程中比較重要的環節，接地不良會使測試引入較大的不確定度，導致測試結果失準。一般來說，由于大樓的地線是供所有室內電子設備使用的， EMC實驗室的地線要與其獨立分開，以避免測試時從地線引入干擾。

先簡單說明一下EMC實驗室地線的架設。EMC實驗室的地線一般是將鍍鋅材料的扁鋼，或組成網狀的鍍鋅鋼管埋入地中（要求面積至少大于2平方米），深度應大于2米，然后以鹽水澆注，引出至實驗室的地線應至少采用截面積為35平方毫米的銅線，或者是大面積的銅排。這樣實驗室的接地電阻一般會小于2Ω，中國合格評定國家認可委員會CNAS對EMC屏蔽室的接地電阻要求是小于4Ω。

在LISN接地之前，首先要分清楚LISN上接地端子的定義，LISN一般會有兩類接地端子，分別是參考接地端和保護接地端。良好的參考端接地能夠保證測量結果的準確性，而保護接地是為了確保操作人員的人身安全。以R&S ENV216為例，側面接地端是參考接地端子，而背面的接地端是保護接地端子，如圖11所示。

保護接地端子是作為電源接地的一個補充，由于LISN的漏電流較大，如果電源輸入端存在類似接地不良的情況，操作人員就有觸電的可能性，額外的保護接地能夠有效地保障操作人員的安全。如圖12所示，當LISN的輸入地線意外斷開時，外殼對地會有115V的電壓差，當人的一只手觸碰LISN外殼，另外一只手觸碰到接地點時，考慮到人體的電阻大約為1300Ω，那么就會有足夠大的電流流過人的身體，危害到人的生命。

圖11 R&S ENV216的兩種接地端子

圖12 由于地線意外斷開造成的人員觸電

按測試系統布置的要求，LISN通常直接與金屬參考板相連，可以任意選擇與水平參考板或者垂直參考板相連接，如圖13所示。

圖13 傳導測試系統中的LISN 接地

那LISN和金屬接地板應該如何連接呢？

其實連接的方法有很多種，但都要確保LISN參考接地端子與金屬接地板之間的電阻（直流電阻）盡量小，根據美國國家標準ANSI C63.4的要求，該接地電阻要求小于2.5mΩ。

為了保證小的接地電阻，必須要加大接地的面積，圖14是R&S ENV216的接地連接案例，以L型的銅板開孔，分別在LISN和金屬板打上螺絲釘來加固，這樣LISN和接地金屬板都能夠完全的緊貼L型銅板，具有良好的接地效果。

圖14 R&S ENV216參考接地

05LISN 有什么具體的參數要求？

根據標準 CISPR 16-1-2的要求，LISN 作為傳導騷擾電壓測試的傳感器必須要滿足以下參數要求，這些列出的指標應該在計量報告中體現，具體如表1所示。

表1 CISPR 16-1-2 對LISN的參數要求

LISN 的計量除了串聯壓降一項要使用萬用表以外，其余的所有項目都可以通過矢量網絡分析儀來完成。由于LISN的電器接口并不能夠連接到矢量網絡分析儀進行測試，因此需要特定的夾具將接電端子轉成同軸端口，如圖15 中的R&S EZ-28夾具便可以LISN計量的要求，配合矢量網絡分析儀（如R&S ZNB系列）可輕松應對LISN的計量任務。

圖 15 R&S EZ-28 LISN 計量夾具

結語

作為EMC測量最基礎的項目之一，傳導騷擾電壓測試應用是非常普遍的。用戶在配置測試系統時，要根據自己的測量分析對象及測量頻率來選擇正確的LISN類型，如V型和Δ型的選擇、或者V型中電感為5μH和50μH的選擇。用戶也可以參考測試規范來確定LISN的選型，如規范CISPR 16-1-2，CISPR 25和MIL-STD 461等。

在安裝使用LISN過程中，由于它的特殊結構會產生較大的漏電流，從而需要進行電網改造。LISN的接地也是需要重點關注的，安全接地能夠確保操作人員的人身安全，良好的參考接地則保證了測試的準確性。

羅德與施瓦茨業務涵蓋測試測量、技術系統、網絡與網絡安全，致力于打造一個更加安全、互聯的世界。成立90 年來，羅德與施瓦茨作為全球科技集團，通過發展尖端技術，不斷突破技術界限。公司領先的產品和解決方案賦能眾多行業客戶，助其獲得數字技術領導力。羅德與施瓦茨總部位于德國慕尼黑，作為一家私有企業，公司在全球范圍內獨立、長期、可持續地開展業務。