电磁兼容EMC测试整改技术工程篇：有关CS106波形分析

CS106波形分析

摘要：主要对CS106的波形参数进行了分析，GJB151B-2013标准中CS106波形参数更细化、更具体。

GJB151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量 》标准中CS106（电源线尖峰信号传导敏感度）项目波形如图1所示。波形参数要求如下：

电压峰值（Vp）： 400V；

反相电压峰值（Vs）：  Vs≤30%×Vp，即Ⅴs≤120V；

上升时间（tr）：（1.5±0.5）µs；

下降时间（tf）：（3.5±0.5）µs；

脉冲宽度（td）：5.0（1±22%）µs，即（5±1.1）µs；

反向脉冲宽度（ts）：≤20µs；

脉冲重复频率：5Hz～10Hz；

尖峰信号发生器源阻抗：≤2Ω。

图1  GJB151B波形要求（CS106）

GJB151A-97《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求 》标准中CS106项目波形如图2所示。波形参数要求如下：

电压：100V～400V；

脉冲宽度：0.15µs、5µs、10µs；

脉冲重复频率：3 pps～10pps；

信号源阻抗：0.06欧。

图2  GJB151A波形要求（CS106）

两个波形参数的要求对比如表1所示。GJB151B-2013标准中CS106项目同GJB151A相比，其波形参数的要求有较大的变化。GJB151B只有400V一个电压峰值等级，而GJB151A有100V、200V和400V三个电压峰值等级。GJB151B只有5µs一个脉冲宽度要求，而GJB151A有0.15µs、5µs和10µs三个脉冲宽度要求，同时GJB151B对脉冲宽度的允差提出要求。GJB151B对上升时间、下降时间、反相电压峰值、反向脉冲宽度都提出了要求，上升时间和下降时间都对允差提出要求。GJB151B-2013标准中CS106波形参数更细化、更具体。

表1  波形参数比对

原来实验室尖峰信号源的波形并不满足新标准GJB151B的波形参数要求，主要是反相电压峰值和反向脉冲宽度难以满足要求。例如原来在国内使用较多的美国SOLAR公司的8282-1尖峰信号发生器就不满足GJB151B的波形参数的要求。现在有美国SOLAR公司的2854-1尖峰信号发生器，瑞士的EMC Parner公司、MONTENA公司的产品，我国的3C Test等公司的尖峰信号发生器都可满足GJB151B波形参数的要求。由于波形参数的要求更细化、更具体，在校准尖峰信号源时，这些参数都需要进行校准，将参数校准齐全，校准可依据文件JJF（**）27.2-2012 《电磁发射和敏感度测量设备校准规范第2部分 尖峰信号发生器》。基于波形参数在CS106测试中的重要性，CNAS-CL01-A008:2018 《检测和校准实验室能力认可准则在电磁兼容检测领域的应用说明》对尖峰信号发生器提出了计量需求，如表2所示。

表2  CNAS-CL01-A008:2018对尖峰信号发生器的计量要求

下面对CS106项目本身的一些内容做简单的说明，以飨读者。

400V峰值、5µs脉冲宽度的由来

定义的400V峰值、5µs脉冲恰当反映了在海军平台上观察到的电气瞬态。对海军平台瞬态现象的测量表明瞬态持续时间（宽度）主要集中在1µs~10µs范围，测量得到瞬态现象中90%以上出现在115V和440V交流电源配电系统中，其峰值范围在50V和500V之间。

试验目的

在设备、分系统所有不接地的交流和直流输入电源线上测试设备、分系统对电源线上注入的尖峰信号的敏感度。主要目的是确保耦合到接口电线上的瞬态电压不致引起设备性能降级，这种瞬态耦合在实际当中是存在的。电气瞬态发生在配电系统，并能在一些对电压瞬态敏感的电路上引起故障，比如等待单一出发信号的自锁电路。在潜艇和水面舰船上，感性负载的切换、电路中断器（中继器）的反跳以及到配电系统的负载反馈都会引起这样的瞬态现象。

适用范围

CS106项目适用于潜艇和水面舰船设备和分系统的交流和直流输入电源线，不包括地线和回线。

试验中10µF电容的作用

由于施加的信号是连续的，根据基尔霍夫电压定律，瞬态信号发生器输出端的电压分布在由EUT输入阻抗和电源阻抗组成的环路上。因为部分感应电压分布在电源阻抗上，极限值规定的瞬态信号电平是在EUT输入端测量的。为了减小在电源阻上的压降，在电源端跨接了一个10µF电容。

测试时两个限值

尖峰信号发生器校准时需要使用5Ω无感电阻。EUT电源输入端电源线上测量到的瞬态信号电平达到了极限值，或者瞬态信号发生器达到了校准位置，无论两者之一哪个方面首先达到，都认为满足了CS106的要求。

GJB151B不需要同步

在以前的CS06试验方法中要求将瞬态信号同步到AC波形的相应相位位置，新的CS106试验方法中没有作这样的规定。以前没有建立支持同步操作的技术原理，同时还存在反对同步操作的论据。瞬态现象通常不会发生在零交叉处，在零交叉处切换电源的瞬态抑制技术就很好地利用了这一点。而且，规定特定的相位位置也没有什么意义。此外，CS106试验是为了应对串扰问题，而串扰问题和相位位置没有关系。

注意电击危险

如果电源回线和屏蔽室地没有连接，为了正确测量注入电压可能需要使用隔离变压器使示波器浮地，这会带来电击风险。差分探头放大器能够将高电位线和隔离地之间的差分测量转换为单端测量，此时可以将测量仪器接地。可以使用电池供电的示波器替代隔离变压器浮地的交流供电的示波器，电池供电的示波器可以消除“浮地”带来的电短路风险。