可靠性试验之“EMS试验”

硬件助手 2019-02-22

本文主要介绍EMC系列试验中的EMS试验,EMS试验主要包括RS、CS、ESD、EFT/B、surge、DIP/i、PMS七种,本文就针对这几种试验进行详细介绍,主要包括试验目的、标准、设备、方法、试验结果及判定。


1、RS

Radiate Susceptibility辐射敏感度


1.1、测试目的

测试设备的抗射频辐射电磁场干扰能力。


1.2、测试标准

IEC61000-4-3

GB/T17626.3


1.3、测试设备

RS的测试连接示意图如下图所示,主要的设备包括信号发生器、功率放大器、场强辐射装置、场强监视系统和功率监视系统等。



信号发生器的输出电压波形的调制度为80%±5%,调制频率为1KHz±10%,输出阻抗为50Ω,能覆盖标准中所规定的频段范围。


1.4、测试方法

测试布置分为落地式和台式设备两种,具体如下图所示:


被测设备与发射天线的距离优先采用3米,该距离是指被测设备表面到双锥天线的中心或对数周期天线的顶端的距离。RS试验在对测量结果有异议的情况下,优先采用3米距离测试。

RS试验前应当用场强探头检查所建立的场强是否满足测试要求,发射天线、吸波材料和电缆的位置是否与场校准的布置一致。验证合格后可以使用场校准中得到的数据来产生试验场强。

扫描频率范围一般为80~1000MHz,用1KHz的正弦波进行调制度为80%的幅度调制,扫描速率不超过1.5*10-3十倍频程/s,在频率增大的扫描中,扫描步长不超过基波的1%;

在每个频点应停留足够长时间,以便使被测设备对该频点的辐射电磁场发生反应。 

校准是一个非常复杂的过程,此文不在赘述。


1.5、测试等级

常规的测试等级如下表所示:


2、CS

Conduct Susceptibility传导敏感度


2.1、测试目的

测试设备对由射频场感应所引起的传导抗扰度。对于没有传导电缆(如电源线、信号线、地线等)的设备,不需要进行此项测试。


2.2、测试标准

IEC61000-4-6

GB/T17626.6


2.3、测试设备



射频信号发生器:带宽150kHz~230MHz,有调幅功能(测试中用1kHz的正弦波进行幅度调制,调幅深度为80%),能自动或手动扫描,扫描点上的驻留时间可设,信号幅度可自动控制。


2.4、测试方法

测试频率为150kHz~80MHz,在9~150kHz频率范围内,对来自射频发射机的电磁场所引起的感应骚扰不要求测量。


2.5、测试等级



3、ESD测试

Electro Static Discharge静电放电


3.1、测试目的

静电放电测试的目的是测试单个设备或系统的抗静电放电干扰的能力。它模拟操作人员或物体在接触设备时的放电、人或物体对邻近物体的放电。


3.2、测试标准

IEC 61000-4-2

GB/T 17626.2


3.3、测试设备

ESD测试主要是通过静电枪(静电放电发生器)进行模拟测试。



静电放电发生器的特性如下:

  • 储能电容为150pF(包括发生器和受试设备、接地参考平面以及耦合板之间的分布电容)。

  • 放电电阻为330Ω,用以代表人手握金属时的人体电阻。

  • 充电电阻为50~100MΩ。

  • 输出电压:对于绝缘表面采用空气放电时,最高电压可加至±15kV;对于金属表面采用接触放电时,最高电压可加至±8kV。


静电放电时的电流波形如下图所示:


3.4、测试方法

静电放电测试包括接触放电和空气放电,接触放电又包括直接放电和间接放电,放电点包括所有接触面。对于绝缘表面采用空气放电,对于金属表面采用接触放电。静电放电发生器的电极头应垂直于被测设备表面,测试次数分正、负极性,至少各放电10次,测试间隔一般约为1s,静电放电测试前后要同时检测待测设备功能是否正常。

台式设备连接示意图如下所示:


落地式设备连接示意图如下所示:


3.5、测试等级

试验等级如下表所示:


4、EFT/B

Electronic Fast Transient/Burst电快速瞬变脉冲群抗扰度


4.1、测试目的

验证电气和电子设备对诸如来自切换瞬态过程(比如切断感性负载,继电器触点的弹跳等)的各种类型瞬变骚扰的抗扰能力。其主要特点是高幅值,短上升时间,高重复率及低能量。


4.2、测试标准

IEC61000-4-4

GB17626.4


4.3、测试设备




4.4、测试方法

EFT/B有两种类型的测试:实验室内的型式测试、设备安装完毕后的现场测试。优先采用实验室测试。




电源端口测试电压经耦合/去耦网络直接耦合到电源上,交流电源包括7种状态:L, N, PE, L+N, L+PE, N+PE, L+N+PE

信号/控制端口测试电压使用容性耦合钳将测试电压施加到信号/控制端口。


4.5、测试等级



5、SURGE

surge 浪涌


5.1、测试目的

评价电气和电子设备遭受浪涌(冲击)时的性能。


5.2、测试标准

IEC61000-4-5:2014

GB/T17626.5


5.3、测试设备

浪涌测试要分别模拟在电源线上和在通信线路上的浪涌。由于线路的阻抗不一样,浪涌在这两种线路上的波形也不一样,电源线上的测试采用1.2/50μs浪涌电压发生器,而通信线路上的测试采用10/700μs浪涌电压发生器。

1.2/50μs浪涌电压发生器得结构如下图所示:


开路电压波形如下图所示:


短路电流波形如下图所示:


10/700μs浪涌电压发生器的结构如下图所示:


开路电压波形如下图所示:


短路电流波形如下图所示:


  • 1.2/50us冲击电压:雷击时户内走线线缆上产生的感应过电压的模拟波形,用于设备端口过电压耐受水平测试,主要测试范围:通信设备的电源端口和建筑物内走线的信号线测试。

  • 10/700us冲击电压:雷击时户外走线线缆上产生的感应雷过电压的模拟波形。用于设备端口过电压耐受水平测试时用的波形,主要测试范围:建筑物外走线的信号线(如用户线类电缆)的测试。

  • 8/20us冲击电流:雷击时线缆上产生的感应过电流模拟波形,设备的雷击过电流耐受水平测试用标准波形,主要用于通信设备的电源口、信号口、天馈口。

  • 10/350us冲击电流:直击雷电流模拟波形。目前通信设备端口的防雷测试较少使用。

  • 1.2/50us(8/20us)混合波:是浪涌发生器输出的一种具有特定开路/短路特性的波形。发生器输出开路时,输出波形是1.2/50us的开路电压波;发生器输出短路时,输出波形是8/20us的短路电流波。具有这种特性的浪涌发生器主要用于设备端口过电压耐受水平测试,主要测试范围:通信设备的电源端口和建筑物内走线的信号线测试。


5.4、测试方法

由于浪涌测试的电压和电流波形相对较缓,从频域上看,浪涌信号频率较低,分布参数对测试结果影响较小。

电源线上的测试都是通过耦合/去耦网络(CDN)来完成的。


5.5、测试等级


 

6、DIPs

Voltage dips, short interruptions and voltage variations immunity电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度


6.1、测试目的

测试与低压供电网连接的电气和电子设备对电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度。


6.2、测试标准

IEC61000-4-11/29

GB17626.11

 

6.3、测试设备

发生器应该有防止其产生骚扰发射的措施,否则这些骚扰注入供电网络,有可能会影响试验结果。发生器的输出阻抗主要呈阻性,即使在过渡过程中也必须呈低阻抗。

同时,发生器的特性还必须进行校验。







6.4、测试方法

EUT应按每一种选定的试验等级和持续时间组合,顺序进行三次电压暂降或中断试验,最小间断10s(两次试验之间的间隔)均应在每个典型的工作模式下进行试验。

对于电压暂降,电源电压的变化发生在电压过零处,和由有关专业标准化技术委员会或个别产品规范中认为需要附加测试的几个角度,每相优先选择45°、90°、135°、180°、225°、270°、和315°。对于短时中断,由有关专业标准化技术委员会根据最坏情况来规定角度,如果没有规定,建议任选一相,在相位角为0°时进行测试。

对于三相系统的短时中断试验,三相应同时进行试验。

对于单相系统的电压暂降试验,需要进行一系列的试验。

对于具有中线的三相系统的电压暂降试验,每次单独测量一个电压(相一线,相一相),这意味着进行六个不同系列的试验)。

对于不具有中线的三相系统的电压暂降试验,每次单独对相-相电压进行试验,这意味着进行三个不同系列的试验。

对EUT进行每种规定的电压变化试验,应在最典型的运行方式下进行三次试验,其间隔10s。


6.5、测试等级




7、PMS

Power frequency Magnetic field Susceptibility工频磁场抗扰度


7.1、测试目的

为了测试运行在住宅区和商业区、工矿企业和发电厂、中压/高压变电所的设备对环境中的工频磁场的抗扰度。


7.2、测试标准

IEC61000-4-8

GB17626.8


7.3、测试设备

工频磁场抗扰度试验仪器包括一个用以产生磁场的感应线圈,一台用以供给感应线圈电流的工频励磁电源。

感应线圈有三种形式:(1)方形单感应线圈,标准边长为1m,场强允差在±3.0dB以内;(2)方形双感应线圈又称赫姆霍兹线圈,标准边长为1m,两线圈距离0.4m,场强均匀度优于±0.2dB;(3)对于大型柜式设备根据试品尺寸定制线圈。

典型的工频励磁电源由连接到电网的电压调整器和一台降压变压器组成。变压器为线圈和控制电路供电,以满足不同试验要求。(1)对连续试验,输出电流为1A~100A;(2)对短时试验,输出电流为300A~1000A。持续时间可设定范围为1s~3s。



7.4、测试方法

 

 

7.5、测试等级



 

8、测试结果及判定

试验结果分为四类,分类如下:

  • Class A:在规定的限值内功能和性能正常;

  • Class B:功能或性能暂时丧失或降低,但在骚扰停止后能自行恢复,不需人为干预;

  • Class C:功能或性能暂时丧失或降低,但需人为干预才能恢复;

  • Class D:因设备硬件或软件损坏,或数据丢失而造成不能恢复的功能丧失或性能降低。


以上就是针对EMS相关试验的一个简单介绍,详细的可参见相关标准及测试厂家的相关资料。

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