電子鎮流器EMC認證測量與常見(jiàn)不合格項的分析和

1引言

眾所周知，熒光燈交流電子鎮流器(含霓虹燈電子變壓器等)其核心部分就是一個(gè)DC/AC逆變器，它產(chǎn)生20～70kHz的高頻功率振蕩用以點(diǎn)亮氣體放電燈具，由此會(huì )帶來(lái)電磁干擾(ElectromagneticInterference，即EMI)和抗干擾(ElectromagneticSusceptibility，即EMS)等問(wèn)題。由于近年來(lái)出口市場(chǎng)對此類(lèi)產(chǎn)品的需求增加，而歐美澳等國家對此類(lèi)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(chǎng)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(chǎng)家都不可能購置價(jià)格不菲的EMC測試設備，因此對設計人員來(lái)說(shuō)對付陌生的EMC認證測試的確是個(gè)頗為棘手的問(wèn)題。

本文試圖較系統地向讀者介紹此類(lèi)產(chǎn)品的國際認證過(guò)程，測試方法和測試經(jīng)驗，并在此基礎上提出改進(jìn)此類(lèi)產(chǎn)品EMC特性的若干可行措施，以供廠(chǎng)家設計時(shí)參考。

2電子鎮流器EMC認證必須通過(guò)的測試項目

表1列出了熒光燈電子鎮流器為取得歐共體的CE/EMC認證所必須通過(guò)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為電子鎮流器在電源線(xiàn)上發(fā)出的傳導干擾電壓的測試，其中EN55022標準是作為所有電子信息技術(shù)產(chǎn)品所必須遵守的，ClassB表示室內電器，電子鎮流器是一個(gè)電源變換與電子控制電路，應屬于這個(gè)范疇。另外它又是一個(gè)電力照明燈具，必須同時(shí)遵守有關(guān)照明燈具的EN55015標準。測試項3是關(guān)于電子鎮流器電磁場(chǎng)空間幅射強度的測試，按規定應用EN55015標準，在9kHz～30MHz頻段，在直徑為2m的空間內測試該電子鎮流器所發(fā)出的磁場(chǎng)，同時(shí)應用EN55022標準在30MHz～1GHz頻段及在電磁屏蔽全吸收暗室內測試所發(fā)出的電場(chǎng)。但由于設備和場(chǎng)地所限，我們沒(méi)有進(jìn)行對磁場(chǎng)的測試。我們只用GTEM法對電場(chǎng)作了測試?？紤]到此類(lèi)產(chǎn)品電流較小，所發(fā)出的干擾磁場(chǎng)不大，一般無(wú)須調整都可以通過(guò)，另外用GTEM小室法代替電磁屏蔽全吸收暗室測試電場(chǎng)，其等效性已為國際所承認，因此我們這種做法并沒(méi)有影響其測試的精確性。下面我們將選擇送檢廠(chǎng)家最容易出現不合格的那些測試項作一主要介紹。

3傳導干擾電壓的測試

表1EMC認證測試項目

圖1傳導干擾電壓測試系統

圖2LISN簡(jiǎn)化電路

圖1示出對電子鎮流器傳導干擾電壓測試的系統圖(Rohde＆Schwarz)。它由配有IEEE488總線(xiàn)以及EMI測試軟件包ES?K1的PC機，EMI接收機(RSHS10)，二線(xiàn)耦合－退耦網(wǎng)絡(luò )器ESH3?5Z以及待測設備組成。其中待測鎮流器與ESH3?5Z均放入一電磁屏蔽室內，ESH3?5Z是瑞士Rohde＆Schwarz公司生產(chǎn)的一個(gè)電源阻抗穩定網(wǎng)絡(luò )〔LineImpedanceStabilisationNetwork(LISN)〕的產(chǎn)品，圖2示出LISN的簡(jiǎn)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(gè)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(lái)自待測的電子鎮流器，我們可用一個(gè)輸入阻抗為50Ω的已校準好的EMI測試接收機ESHS10(或頻譜分析儀)在指定的帶寬下對之進(jìn)行測試。這個(gè)LISN含有撥動(dòng)開(kāi)關(guān)可分別測試L線(xiàn)和N線(xiàn)上的RF電壓。整個(gè)測試是在軟件包ES?K1的控制下進(jìn)行的。

圖3表示對一個(gè)節能燈電子鎮流器的傳導干擾電壓的測試結果。圖中曲線(xiàn)A表示Preview?test時(shí)接收機使用準峰值檢波得出的測量結果，曲線(xiàn)B表示Preview?test時(shí)接收機使用平均值檢波得出的另一測量結果，打X者和打＋者分別表示準峰值檢波和平均值檢波的Final?test數值。所謂final?test就是指在曲線(xiàn)A，B的基礎上各找出6個(gè)極大值（這6個(gè)值均要超出極限線(xiàn)或以一個(gè)小于10dBμV的距離接近極限線(xiàn)），在每個(gè)極大值附近再掃頻一次，一般是掃6個(gè)點(diǎn)，得出相應6個(gè)干擾電壓值然后求平均，這些平均值就用X和＋來(lái)表示，統稱(chēng)為Final?test點(diǎn)。要判斷該產(chǎn)品是否合格，就是看所有X點(diǎn)是否在準峰值檢波的極限線(xiàn)(即C線(xiàn))之下以及所有＋點(diǎn)是否在平均值檢波的極限線(xiàn)(即D線(xiàn))之下，如果這兩個(gè)條件都滿(mǎn)足，我們就認定該產(chǎn)品通過(guò)了此項測試。表2給出了EN55015及EN55022ClassB的傳導干擾電壓極限允許值。

表2EN55015、EN55022classB的傳導干擾電壓極限允許值

圖3一個(gè)節能燈電子鎮流器傳導干擾電壓測試結果

需要指出的是極限電平的單位用dBμV表示，根據dBμV數=20LogV(μV)，可有1μV=0dBμV。而60dBμV=1mV。在實(shí)際應用中，如果廠(chǎng)家需要調試這一指標，但又缺乏上述儀器，則可自已焊接一個(gè)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(gè)50Ω電阻)，此時(shí)會(huì )在示波器屏幕上看到一個(gè)50周近似正弦信號，但其線(xiàn)條比較粗且混有各種不規則的高頻電壓成份，就在這種情況下我們開(kāi)始調試待測樣品所發(fā)出的傳導干擾，可選擇加入下列各種抑制EMI的措施:

（1）雙線(xiàn)繞制的共模扼流圈(見(jiàn)圖4)

當共?；蛘呓拥卦肼暢蔀轱@著(zhù)時(shí)使用它特別有效。開(kāi)關(guān)型電源包括電子鎮流器幾乎無(wú)一例外地都使用它。它是由同向的雙線(xiàn)繞組繞在鐵氧體磁芯上形成一個(gè)寬帶變壓器允許大小相等但方向相反的電流無(wú)損耗流過(guò)(因為沒(méi)有磁通形成)，但卻抑制了諸如共模噪聲，地噪聲等帶來(lái)的數值不等的反向電流(因不平衡的電流在磁芯內形成一個(gè)扼流電感)。它另一優(yōu)點(diǎn)是在正常運用時(shí)磁芯遠離飽和。

（2）LC差模濾波器

當單純使用共模濾波仍然不能解決問(wèn)題時(shí)，就需要再接入差模濾波器(見(jiàn)圖5)，這是一個(gè)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(xiàn)上傳導的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)的電子鎮流器或開(kāi)關(guān)電源，它們產(chǎn)生的傳導干擾會(huì )更大，這時(shí)就需要接入兩級共模扼流圈以及4個(gè)旁路電容，如圖6所示形成一個(gè)所謂電源輸入級濾波器。L1，L2的數值在幾百μH到幾十μH之間，它取決于開(kāi)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(xiàn)上的RF干擾，有時(shí)可從電路內部想辦法消去噪聲源，這樣會(huì )更經(jīng)濟。在一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)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的區域(見(jiàn)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(kāi)關(guān)級的振鈴，用于大電流處較合適。多數的磁珠僅限于100Ω阻抗，這使它用在開(kāi)關(guān)電路的低阻線(xiàn)路中特有效。有時(shí)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(shí)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標出EMI干擾源的SMPS電路

圖8GTEMCell場(chǎng)強測量系統配置

圖9電子鎮流器幅射干擾場(chǎng)強測試結果

通過(guò)以上措施，一般的傳導干擾問(wèn)題都會(huì )獲得解決。此時(shí)在示波器熒屏上會(huì )看見(jiàn)一個(gè)線(xiàn)條清秀的穩定正弦波，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(guò)。

4輻射干擾場(chǎng)的測試

圖8示出應用GTEMCell測試電子鎮流器幅射電場(chǎng)的系統配置。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(gè)長(cháng)約10米的錐形金屬密封小室，室內懸掛一塊長(cháng)方形薄金屬板，形成一個(gè)類(lèi)似波導管那樣可傳輸TEM波的內部空間，在錐形室內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(shí)現空間無(wú)反射，利用這個(gè)小室可以很方便進(jìn)行對樣品發(fā)出的幅射干擾場(chǎng)作定量測試，并將結果自動(dòng)轉換成OATS(OpenAreaTestSystem)數據。

圖9示出對一個(gè)電子鎮流器的OATS測試結果，圖中曲線(xiàn)A指電場(chǎng)的垂直分量，B指水平分量，C表示極限曲線(xiàn)。測量時(shí)要求A，B均不能超過(guò)C。一般來(lái)說(shuō)如果設計時(shí)已考慮有相當的屏蔽措施(例如采用金屬外殼)以及已使用適宜的濾波器使傳導干擾降下來(lái)，那么幅射場(chǎng)干擾的達標是不成問(wèn)題的。對于10幾瓦的小功率電子鎮流器甚至可采用塑料外殼。對于個(gè)別產(chǎn)品幅射場(chǎng)強特別大的，應考慮在di／dt，dv／dt大的地方加入D、C、R緩沖吸收電路。

表3給出EN55022ClassB規定的幅射場(chǎng)強極限值

表3EN55022classB規定的幅射場(chǎng)強極限值

輸入電流諧波測試對廠(chǎng)家獲得EMC認證同樣是重要的。對25W以下的電子鎮流器一般無(wú)須特別調整就能通過(guò)。但對25W以上的，因國際標準規定對此類(lèi)照明燈具須改用ClassC要求，這時(shí)就需要加入PFC功率因數校正電路才能有可能通過(guò)。圖10示出應用EMC?PARTNER公司出品的諧波測試儀HARMONICS?1000對一個(gè)21W的電子鎮流器輸入電流諧波分量測試結果。圖10的上半部表示2～40次電流諧波測量值。下半部的曲線(xiàn)A表示輸入AC電壓波形，曲線(xiàn)B表示輸入電流波形。此鎮流器內含一無(wú)源PFC電路(見(jiàn)圖11)，因而使功率因數提高到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果

圖11一個(gè)含無(wú)源PFC電路的28W電子鎮流器

對30W中功率以上的電子鎮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(zhuān)用IC例如KA7531，ML4830等，它們集PFC，鎮流器控制及驅動(dòng)器于一體，具有三步熱起動(dòng)，零電壓開(kāi)關(guān)，過(guò)熱保護，可調光等功能。因而更有利于EMC認證的總體通過(guò)。

在實(shí)際調試過(guò)程中，如果廠(chǎng)家缺乏儀器，建議采用以下應變措施：即把一個(gè)1Ω／1W的電阻串接于輸入L線(xiàn)上，用示波器觀(guān)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

這是電子鎮流器的兩個(gè)常規的抗干擾試驗。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(jìn)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(kāi)關(guān)管耐壓Vceo大于500V者。

那么通過(guò)這兩項測試是沒(méi)問(wèn)題的。要注意的是有些廠(chǎng)家喜歡把壓敏電阻接在輸入級的最前端，有時(shí)當浪涌電壓來(lái)臨時(shí)壓敏電阻還來(lái)不及導通而讓開(kāi)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(shí)地導通，保護了電子鎮流器。

7小結

以上我們介紹了進(jìn)行電子鎮流器EMC認證所必須通過(guò)的測試項目，并就送檢廠(chǎng)家常見(jiàn)的不合格項在測試方法，測試標準，以及不合格的成因和對策方面給出主要描述。以上內容同樣適用于開(kāi)關(guān)型電源。