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EMC实验室电源功能与应用介绍

日期:2025-07-10 15:22

EMC实验室专用电源(通常称为“EMC测试电源”、“LISN电源”或“纯净电源”)是电磁兼容性测试中至关重要的基础设备。它不同于普通的实验室电源或市电,其核心使命是:

  1. 为被测设备提供纯净、稳定的电源: 确保电源本身引入的噪声和干扰极低,不会污染测试环境或影响测试结果。

  2. 隔离被测设备产生的干扰: 防止被测设备在测试过程中产生的传导骚扰(通过电源线)反馈到公共电网,污染实验室电网或影响其他设备,同时保护电网干扰影响测试。

  3. 提供测量传导骚扰的接入点: 集成或方便连接线路阻抗稳定网络,用于精确测量被测设备沿电源线产生的传导骚扰。

以下是EMC实验室专用电源的关键特性和介绍:

核心功能与设计特点

  1. 超低噪声输出:

    • 极低纹波和噪声: 输出电压的交流纹波和噪声(宽频带)必须非常低(通常在微伏或毫伏级别),远低于相关EMC标准(如CISPR, MIL-STD, FCC, IEC/EN 61000系列)的限值要求,确保其自身不会成为干扰源。

    • 线性设计为主: 虽然也有高性能开关电源,但顶级EMC专用电源通常采用线性放大技术。线性电源通过功率晶体管在线性区工作来调节电压,避免了开关电源固有的高频开关噪声(这是主要的干扰源)。这使得线性电源的输出噪声天然极低。

    • 优异的动态响应: 能够快速响应被测设备负载的突变(如电机启动、大电流脉冲),保持电压稳定,避免因电源响应慢而导致的额外电压跌落或过冲,这些都可能影响测试结果或设备功能。

  2. 电源隔离:

    • 防止EUT干扰注入电网: 将被测设备产生的传导骚扰阻挡在测试环境内,防止其通过电源线耦合回公共电网,污染实验室电网,干扰其他敏感设备,甚至违反法规。

    • 保护EUT免受电网干扰: 隔离外部电网的干扰(如浪涌、电压跌落、谐波、其他设备噪声)进入被测设备,确保测试环境受控,测试结果反映的是EUT自身的EMC特性,而非叠加了电网噪声。

    • 安全: 提供基本的电气安全隔离。

    • 输入-输出隔离: 电源内部通过隔离变压器或其它方式实现输入(市电)与输出(供给EUT)的电气隔离。这是核心要求。

    • 目的:

  3. 集成或兼容LISN:

    • 标准化的阻抗: 在测量频率范围内(通常150kHz - 30MHz或更高),为EUT提供一个稳定、已知的阻抗(如50Ω // 50μH + 5Ω),确保测量结果的可重复性和可比性(符合标准要求)。

    • 隔离测量端口: 通过RF耦合电容将EUT产生的骚扰电压/电流耦合到测量接收机,同时隔离市电频率的工频电压。

    • 提供净化电源通路: 为EUT提供来自纯净电源的“干净”电源通路。

    • LISN作用: 线路阻抗稳定网络是测量传导发射(CE)的必备设备。它在被测设备电源输入端提供:

    • EMC专用电源的整合: 高端EMC专用电源通常将LISN(或AMN - 人工电源网络)直接集成到电源机柜中,或者设计为与外部标准LISN无缝连接。这大大简化了测试设置,提高了效率和可靠性。

  4. 宽范围、高精度、高稳定性输出:

    • 电压/电流范围广: 需要覆盖各种被测设备的需求,如单相交流(0-300V AC),三相交流,直流(0-600V DC或更高),电流可达数十甚至数百安培。

    • 高精度设置与显示: 电压、电流的设定和测量精度要求高,以确保测试条件的准确性。

    • 长期稳定性: 在长时间测试过程中,输出电压/电流需要保持高度稳定。

  5. 保护功能:

    • 全面保护: 具备过压、过流、过温、短路、反接(直流)等完善的保护功能,保护电源自身、被测设备和测试人员安全。

    • 可编程保护: 允许用户设置精确的保护阈值(如过压跳闸点)。

  6. 控制与接口:

    • 本地控制面板: 清晰的显示和操作按键/旋钮。

    • 远程控制接口: 标配GPIB, USB, LAN (LXI), RS232/485等接口,方便集成到自动化测试系统中,实现远程编程和控制(电压设置、开关机、状态读取等)。

    • 模拟量接口: 有时提供模拟电压/电流输入用于外部控制,或模拟输出用于监控。

典型应用场景

  1. 传导骚扰发射测试: 测量被测设备通过电源线向电网注入的骚扰电压/电流(CE102, CISPR 32/35, EN 55032/35等)。这是最核心的应用,LISN的集成是关键。

  2. 辐射骚扰发射测试: 虽然主要关注空间辐射,但纯净电源是基础,确保电源线不是意外的辐射源或干扰源。

  3. 传导抗扰度测试:

    • 射频场感应的传导骚扰抗扰度: 测试设备抵抗通过电源线/信号线耦合进来的射频干扰的能力(CS114, IEC/EN 61000-4-6)。专用电源本身不产生干扰是前提。

    • 电快速瞬变脉冲群抗扰度: 测试设备对电源线上耦合的快速瞬变脉冲群的抵抗能力(EFT/B, IEC/EN 61000-4-4)。专用电源需要稳定输出,并在EFT注入时保持自身稳定。

    • 浪涌抗扰度: 测试设备对电源线上耦合的浪涌(雷击、开关操作)的抵抗能力(Surge, IEC/EN 61000-4-5)。专用电源需在浪涌测试后快速恢复稳定。

    • 电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度: 测试设备对电网电压跌落、中断和变化的抵抗能力(Dips & Interruptions, IEC/EN 61000-4-11/34)。专用电源需要能精确、可重复地模拟这些电网事件。

  4. 谐波电流发射测试: 测量被测设备注入电网的谐波电流(IEC/EN 61000-3-2, -3-12)。虽然有时会使用专用谐波分析仪,但纯净、稳定的电源输入是准确测量的基础。

  5. 电压波动与闪烁测试: 测量被测设备引起的电网电压变化和闪烁(IEC/EN 61000-3-3, -3-11)。同样需要纯净的输入电源。

与普通实验室电源的关键区别

特性EMC实验室专用电源普通实验室电源
核心目标纯净、隔离、兼容LISN/测量通用供电、可调
输出噪声极低 (µV - mV级),线性设计为主相对较高 (mV级),开关电源噪声显著
隔离强制的输入-输出电气隔离 (关键特性)可能有隔离,但非强制要求
LISN集成通常集成或无缝兼容不兼容,需额外配置
动态响应非常高,应对负载突变一般
保护功能非常完善且可编程基础保护
远程控制标准配置且接口丰富可能具备,非必需
价格昂贵 (数万至数十万人民币)相对便宜
标准符合性设计符合相关EMC标准要求无此要求

主要供应商

  • Keysight Technologies (是德科技): N6900/N7900系列(APR - 先进电源系统)是其旗舰产品,性能顶尖,集成度高。

  • AMETEK Programmable Power (程控电源): Sorensen, ELGAR品牌,提供多种高性能AC/DC EMC测试电源。

  • Chroma Systems Solutions (致茂电子): 提供广泛的AC/DC电源和电子负载,包括EMC测试专用电源。

  • EA Elektro-Automatik (EA): PSI系列高性能电源,强调低噪声和高速动态响应。

  • Kikusui (菊水电子): PCR-WE/PWR系列高性能AC电源,常用于EMC测试。

  • Newtons4th (N4L): 专注于高性能、低噪声电源和放大器,尤其擅长模拟电网事件(如电压跌落)。

  • EM Test (现属Teseq/TÜV SÜD集团): 本身是抗扰度测试系统专家,其电源也针对EMC测试优化。

选择EMC实验室专用电源的关键考虑因素

  1. 测试标准要求: 需要满足哪些标准?CE, RE, 抗扰度?这决定了需要的电压/电流范围、LISN要求、噪声水平、动态性能等。

  2. 被测设备类型: 消费电子、工业设备、汽车电子、军工设备?不同设备功率差异巨大,电压制式也不同(AC单相/三相,DC)。

  3. 输出类型与规格: AC/DC?电压范围?电流/功率容量?相数?

  4. 噪声/纹波指标: 是否符合目标标准的要求?是否足够低?

  5. LISN要求: 是集成LISN还是需要外接?需要什么类型的LISN(16A, 32A, 单相, 三相, 汽车)?是否符合标准(CISPR 16-1-2)?

  6. 动态性能: 被测设备的负载特性如何?需要多快的负载瞬态响应?

  7. 编程与接口: 是否需要自动化?需要哪些远程控制接口?

  8. 保护功能: 是否足够完善?是否可编程?

  9. 预算: EMC专用电源是重大投资,需要权衡性能和成本。

总结

EMC实验室专用电源是确保EMC测试结果准确、可靠、可重复的基石。它通过提供超低噪声的纯净电源、实现关键的电气隔离、以及无缝集成传导骚扰测量所需的LISN,为被测设备创造了一个受控且符合标准的供电环境。在选择时,务必根据具体的测试需求、被测设备特性和预算,仔细评估电源的规格、性能(特别是噪声、隔离、动态响应)以及与LISN的兼容性。投资一台高性能的EMC专用电源对于建立和维护一个专业、可靠的EMC实验室至关重要。








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