【技術(shù)科普】| 終于有人把 LISN 說(shuō)清楚了

01 Part

LISN是什么?

人工電源網(wǎng)絡(luò )簡(jiǎn)稱(chēng)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(wǎng)，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(chǎn)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(wǎng)與待測物（DUT）之間的相互干擾

  
  

02Part

LISN 如何分類(lèi)？

常見(jiàn)的LISN可以分為兩類(lèi)： V型LISN和Δ型LISN 。用戶(hù)需要根據自己的產(chǎn)品測試需求來(lái)選擇對應的LISN類(lèi)型。

V型LISN：

模擬阻抗為50Ω的人工電源網(wǎng)絡(luò )，用來(lái)測量非對稱(chēng)電壓（Unsymmetrical Voltage），即每根導線(xiàn)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(xiàn)或端子都會(huì )流過(guò)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(jìn)行差?；蛘吖材８蓴_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(wǎng)絡(luò )，用來(lái)測量對稱(chēng)電壓（Symmetrical Voltage），即兩根導線(xiàn)或端子之間的射頻騷擾電壓（差模電壓）；也可測量不對稱(chēng)電壓（Asymmetrical Voltage），即兩根導線(xiàn)的電氣中點(diǎn)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?；蛘吖材８蓴_信號的。除此以外，還可以兼顧V型LISN的功能，用來(lái)測量非對稱(chēng)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(lèi)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(lèi)：

-電感為5μH 的V型LISN：滿(mǎn)足標準CISPR 16-1-2、 CISPR 25、 ISO 7637以及DO160的要求，主要用于汽車(chē)、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(mǎn)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(chǎn)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(chǎn)品標準CISPR 11中針對并網(wǎng)電源轉換器類(lèi)產(chǎn)品的DC輸入端口進(jìn)行騷擾電壓測試,比如常見(jiàn)的光伏并網(wǎng)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(lèi)產(chǎn)品的DC端測試需要使用Δ型LISN，因此也稱(chēng)之為DC-AN。

圖5 Schwarzbeck PVDC 8300

圖 6 CISPR 11 中針對并網(wǎng)類(lèi)電源的測試布置

因此LISN的分類(lèi)歸納總結如下圖：

圖 7 LISN 分類(lèi)歸納圖

03Part

LISN為什么會(huì )引起電網(wǎng)跳閘？

在使用LISN的過(guò)程中，當LISN連接到交流電網(wǎng)時(shí)，會(huì )觸發(fā)所在線(xiàn)路漏電保護器而導致跳閘，因而無(wú)法正常進(jìn)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(wǎng)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(wú)論在LISN機殼標簽或者說(shuō)明書(shū)中都有漏電流過(guò)大的說(shuō)明，例如在R&S ENV216產(chǎn)品的背面有大漏電流的警告說(shuō)明，警示用戶(hù)安裝LISN時(shí)要注意接地保護的處理。

圖 8 ENV216 漏電流警告說(shuō)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(xiàn)L或中線(xiàn)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(lái)自電網(wǎng)和DUT的高頻干擾進(jìn)行濾波。由于這些電容的容量較大，在電網(wǎng)工作頻率50Hz時(shí)候的阻抗會(huì )變小，產(chǎn)生對地的漏電流因此就會(huì )增加。

理論上漏電流可以用公式 I= U/Z來(lái)計算，U是電網(wǎng)電壓，Z為相線(xiàn)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(lái)表示，其中ω= 2πf，f = 50Hz。 通過(guò)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(huì )遠大于該計算值（可參考CISPR 16-1-2 附錄A的要求），所以L(fǎng)SIN對地的大漏電流是無(wú)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(wèn)題呢？可以從兩方面考慮去改造電網(wǎng)：

①拆除漏電保護裝置：

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

優(yōu)點(diǎn)：

◎ 操作簡(jiǎn)單，方便 。

◎ 成本低 ，因無(wú)需使用額外的設備。

缺點(diǎn)：

有安全隱患 。當電器出現故障的時(shí)候，操作人員得不到保護，同時(shí)沒(méi)有漏電保護裝置也不符合實(shí)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(shí)際測試回路和電網(wǎng)回路。我們可在LISN與電網(wǎng)直接添加一個(gè)隔離變壓器，由于變壓器的初級（電網(wǎng)）和次級（LISN）在電氣上是隔離的，這樣就形成了兩個(gè)完全獨立的回路，LISN所在回路產(chǎn)生的漏電流不會(huì )通過(guò)漏電保護裝置的回路，也就無(wú)法讓其觸發(fā)。

圖10 傳導騷擾電壓測試方框圖（接隔離變壓器）

優(yōu)點(diǎn)：

◎ 安全性好。 首先電網(wǎng)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(xiàn)和中線(xiàn)對地的電位差都是零，只要操作人員不同時(shí)去觸碰相線(xiàn)和中線(xiàn)，就不會(huì )導致觸電事故。

◎ 電壓可調節。 除了1:1的規格，用戶(hù)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(chǎn)品。

04Part

LISN如何接地？

接地是LISN安裝過(guò)程中比較重要的環(huán)節，接地不良會(huì )使測試引入較大的不確定度，導致測試結果失準。一般來(lái)說(shuō)，由于大樓的地線(xiàn)是供所有室內電子設備使用的， EMC實(shí)驗室的地線(xiàn)要與其獨立分開(kāi)，以避免測試時(shí)從地線(xiàn)引入干擾。

先簡(jiǎn)單說(shuō)明一下EMC實(shí)驗室地線(xiàn)的架設。EMC實(shí)驗室的地線(xiàn)一般是將鍍鋅材料的扁鋼，或組成網(wǎng)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(shí)驗室的地線(xiàn)應至少采用截面積為35平方毫米的銅線(xiàn)，或者是大面積的銅排。這樣實(shí)驗室的接地電阻一般會(huì )小于2Ω，中國合格評定國家認可委員會(huì )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(huì )有兩類(lèi)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(gè)補充，由于LISN的漏電流較大，如果電源輸入端存在類(lèi)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(xiàn)意外斷開(kāi)時(shí)，外殼對地會(huì )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(diǎn)時(shí)，考慮到人體的電阻大約為1300Ω，那么就會(huì )有足夠大的電流流過(guò)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(xiàn)意外斷開(kāi)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(shí)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(fǎng)型的銅板開(kāi)孔，分別在LISN和金屬板打上螺絲釘來(lái)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

05Part

LISN 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(mǎn)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(lián)壓降一項要使用萬(wàn)用表以外，其余的所有項目都可以通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀來(lái)完成。由于LISN的電器接口并不能夠連接到矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀進(jìn)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L(fǎng)ISN計量的要求，配合矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀（如R&S ZNB系列）可輕松應對LISN的計量任務(wù)。

圖 15 R&S EZ-28 LISN 計量夾具

結語(yǔ)

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(hù)在配置測試系統時(shí)，要根據自己的測量分析對象及測量頻率來(lái)選擇正確的LISN類(lèi)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(hù)也可以參考測試規范來(lái)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(guò)程中，由于它的特殊結構會(huì )產(chǎn)生較大的漏電流，從而需要進(jìn)行電網(wǎng)改造。LISN的接地也是需要重點(diǎn)關(guān)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。