開關(guān)電源適配器的雷擊浪涌試驗
開關(guān)電源適配器的雷擊浪涌抗擾試驗的國家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T17626.5,國內(nèi)在1999年和2008年出過兩個版本,分別與國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-5:1995和IEC61000-4-5:2001相等同。由于國內(nèi)多數(shù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)尚未修訂,所以目前GB/T17626.5-1999和GB/T17626.5-2008這兩個標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)是并存的。
雷擊是極其普遍的自然現(xiàn)象,據(jù)統(tǒng)計,全世界有四萬多個雷暴中心,每天有800萬次雷擊,這意味著地球上每秒有100次左右的雷擊發(fā)生。因此,開關(guān)電源適配器的抗雷擊浪涌試驗對于評定開關(guān)電源在遭受高能量脈沖干擾時可建立一共同的依據(jù)。
標(biāo)準(zhǔn)主要模擬間接雷擊(開關(guān)電源通常都無法經(jīng)受直接雷擊),如:①雷電擊中戶外電網(wǎng)線路,有大量電流流入外部線路或接地電阻,因而產(chǎn)生了干擾電壓;②間接雷擊(如云層間或云層內(nèi)的雷擊)在外部電網(wǎng)線路上感應(yīng)出脈沖電壓和電流;③雷電擊中線路鄰近物體,在其周圍建立的強大電磁場,在外部線路上感應(yīng)出電壓;④雷電擊中附近地面,地電流通過公共接地系統(tǒng)時所引進的干擾。詳見廣州天鈊科技有限公司新聞動態(tài)。
電源適配器的浪涌抗擾度試驗標(biāo)準(zhǔn)處模擬自然界的雷擊外,還提到了變電所等場合,因為開關(guān)動作而引進的干擾,如:①主電源系統(tǒng)切換時的干擾;②同一電網(wǎng),在靠近開關(guān)電源適配器附近的一些小開關(guān)跳動時形成的干擾;③切換伴有諧振線路的晶閘管設(shè)備;④各種系統(tǒng)性的故障,如設(shè)備接地網(wǎng)絡(luò)或者接地系統(tǒng)間的短路和飛弧故障。
1.雷擊浪涌抗擾度試驗方法:
、鸥鶕(jù)試驗品的實際使用和安裝條件進行布局和配置,包括有些標(biāo)準(zhǔn)會改變體現(xiàn)波形發(fā)生器信號源內(nèi)阻的附加電阻。
⑵根據(jù)產(chǎn)品要求來定試驗電壓的等級及試驗部位。
、窃诿總選定的試驗部位上,正、負(fù)極性的干擾至少要各加5次,每次浪涌的最大重復(fù)率為1次/min。因為大多數(shù)系統(tǒng)用的保護裝置在兩次浪涌之間要有一個恢復(fù)期,所以設(shè)備在做雷擊浪涌試驗時存在一個最大重復(fù)率的問題。
⑷浪涌波的注入是否要與開關(guān)電源適配器的輸入電壓同步的問題。如無特殊規(guī)定,通常要求在開關(guān)電源適配器電壓波形的過零點和正、負(fù)峰值的位置上疊加雷擊浪涌信號。
⑸考慮到被測設(shè)備電壓-電流轉(zhuǎn)換特性的非線性,試驗電壓應(yīng)該逐步增加到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值,以避免試驗中可能出現(xiàn)的假象(在高試驗電壓時,因為被測設(shè)備中可能有某個薄弱器件擊穿,旁路了試驗電壓,致使試驗得以通過。然而在低試驗電壓時,由于薄弱器件未被擊穿,所以試驗電壓以全電壓加在試驗設(shè)備上,反而使試驗無法通過)。詳見廣州天鈊科技有限公司新聞動態(tài).
、世讚衾擞啃盘栆釉诰-線或線-地之間。如果要進行的是線-地試驗,且無特殊規(guī)定,則試驗電壓要依次加在每一根線與地之間。但要注意:在做線-地試驗時,有時出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)要求將干擾同時疊加在兩根或多根線對地的情況,這時脈沖的持續(xù)時間允許減小一些。
、擞捎谠囼灴赡苁瞧茐男缘,所以決不要使試驗電壓超過規(guī)定值。
2.雷擊浪涌抗擾度試驗等級:
試驗的嚴(yán)酷度等級分為1、2、3、4和X級。電源線差模試驗的1級參數(shù)未給,其余各級分別為0.5kV、1kV、2kV及待定。電源線共模試驗的各級參數(shù)為0.5kV、1kV、2kV、4kV及待定。
試驗的嚴(yán)酷度等級取決于環(huán)境(遭受浪涌可能性的環(huán)境)及安裝條件,大體分類如下。
1級:較好保護的環(huán)境,如工廠或電站的控制室。
2級:有一定保護的環(huán)境,如無強干擾的工廠。
3級:普通的電磁騷擾環(huán)境,對設(shè)備未規(guī)定特殊安裝要求,如普通安裝的電纜網(wǎng)絡(luò),工業(yè)性的工作場所和變電所。
4級:受嚴(yán)重騷擾的環(huán)境,如民用架空線,未加保護的高壓變電所。
X級:特殊級,由用戶和制造商協(xié)商后確定。
開關(guān)電源適配器EMC測試時,雷擊浪涌試驗等級為:線-線之間是2級,線-地之間是3級。
開關(guān)電源適配器電磁兼容的重要性
隨著我國加入WTO,無論是銷往海外市場的開關(guān)電源適配器產(chǎn)品,還是涌向中國市場的國外開關(guān)電源產(chǎn)品,幾乎都要進行各樣的產(chǎn)品認(rèn)證。產(chǎn)品認(rèn)證從貿(mào)易角度看,實質(zhì)上是技術(shù)性貿(mào)易壁壘。
國內(nèi)的3C認(rèn)證替代了原來的CCIB和CCEE認(rèn)證(即長城認(rèn)證),“CCC”認(rèn)證是我國強制性產(chǎn)品認(rèn)證的標(biāo)志,“CCC”是ChinaCompulsoryCertification的英文縮寫,只有取得了3C認(rèn)證的開關(guān)電源及電子產(chǎn)品才能進入國內(nèi)市場。3C認(rèn)證對開關(guān)電源適配器和機電、電氣產(chǎn)品的安全性能、EMC等方面做出了詳細(xì)的規(guī)定。
開關(guān)電源的電磁兼容(EMC)是指開關(guān)電源、電源適配器或電源變壓器在規(guī)定的電磁環(huán)境電平下,不因電磁干擾而降低其性能指標(biāo),同時它們本身產(chǎn)生的電磁輻射不大于規(guī)定的極限電平,不影響其他電子設(shè)備或系統(tǒng)的正常運行,并達(dá)到開關(guān)電源與設(shè)備、開關(guān)電源與系統(tǒng)之間互不干擾,共同可靠工作的目的。在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4365-1995《電磁兼容術(shù)語》中對電磁兼容的定義是:“設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作并且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾能力。”該標(biāo)準(zhǔn)等同采用國際IEC61000(1990)系列標(biāo)準(zhǔn)。隨著國際電磁兼容法規(guī)的日益嚴(yán)格,開關(guān)電源及其他電子產(chǎn)品的電磁兼容性能越來越受到重視。
電磁兼容研究包含以下的內(nèi)容:
。1)開關(guān)電源適配器、充電器、電源變壓器或電子設(shè)備、系統(tǒng)應(yīng)具有抵抗一定電磁干擾的能力。即它應(yīng)不會受到處于同一電磁環(huán)境中的其他電子設(shè)備或電子系統(tǒng)發(fā)射的電磁干擾而產(chǎn)生不允許的工作性能下降的現(xiàn)象。
。2)開關(guān)電源、適配器、充電器、變壓器或電子設(shè)備、系統(tǒng)不產(chǎn)生超過規(guī)定限度的電磁干擾。
電磁兼容一詞源于英文ElectromagneticCompatibility,直譯為電磁兼容性,也就是我們常說的EMC.
上面所定義的電磁環(huán)境概念是指“存在于給定場所的所有電磁現(xiàn)象的總和”。可見電磁環(huán)境是由空間、時間、頻譜三個要素組成的,所以要解決開關(guān)電源適配器(電源變壓器)的電磁兼容問題就離不開這三個要素。電磁兼容研究就是研究在有限的空間、時間和頻譜資源下,開關(guān)電源適配器或電子設(shè)備在電磁環(huán)境下能正常工作的一門科學(xué)。以辦公室為例,由于辦公室的空間是有限的,小的幾十平方米,大的也不過幾百平方米,在這樣有限的空間中配有各種各樣的電氣和電子設(shè)備。例如,配有照明電氣、上網(wǎng)設(shè)備、計算機、傳真機、復(fù)印機和空調(diào)機等等。其次是時間,在正常辦公時間內(nèi),幾乎所有的電氣設(shè)備都有自己的工作頻譜范圍,產(chǎn)生各自的電磁現(xiàn)象。在頻譜方面現(xiàn)在國際電信聯(lián)盟(ITU)已規(guī)劃的、可利用的10KHz~400GHz無線電頻譜范圍,任何一種無線電業(yè)務(wù)都離不開這一頻率范圍,對于高于400GHz的電磁波進入光波波段。詳見
電磁兼容研究所涉及的技術(shù)領(lǐng)域或服務(wù)對象幾乎包括了所有用電設(shè)備。
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目前,越來越多的國家已把電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)作為開關(guān)電源適配器、充電器、電源變壓器或電子產(chǎn)品性能的評價依據(jù)。隨著電氣電子設(shè)備的高速化和數(shù)字化,尤其是歐盟根據(jù)89/336EEC指令從1996年1月開始強制執(zhí)行電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)以來,在世界范圍內(nèi)掀起了對開關(guān)電源、充電器、變壓器和電氣電子產(chǎn)品EMC研究的熱潮。
電磁兼容技術(shù)是解決電磁干擾相關(guān)問題的一門技術(shù)。而電磁兼容設(shè)計就是在開關(guān)電源和電子產(chǎn)品設(shè)計時設(shè)法抑制(消除)電磁干擾,提供開關(guān)電源和電子產(chǎn)品在電磁環(huán)境中的工作穩(wěn)定性和可靠性。近些年來,電磁兼容設(shè)計技術(shù)的重要性日益增加,這有兩個方面的原因:第一,開關(guān)電源和電子設(shè)備日益復(fù)雜,特別是模擬電路和數(shù)字電路混合的情況越來越多、電路的工作頻率越來越高,這導(dǎo)致了電路之間的干擾更加嚴(yán)重,設(shè)計人員如果不了解有關(guān)的設(shè)計技術(shù),會導(dǎo)致產(chǎn)品開發(fā)周期過長,甚至開發(fā)失敗。第二,為了保證開關(guān)電源和電子設(shè)備溫度可靠地工作,減小電磁輻射污染,越來越多的國家開始強制執(zhí)行電磁兼容標(biāo)準(zhǔn),特別是在美國和歐洲的國家,電磁兼容指標(biāo)已經(jīng)成為法制性的指標(biāo),是開關(guān)電源和電子產(chǎn)品生產(chǎn)廠家必須通過的指標(biāo)之一,設(shè)計人員如果在設(shè)計中不考慮有關(guān)的問題,產(chǎn)品最終將不能通過電磁兼容試驗,無法走向市場。
大量的調(diào)查表明,足夠強的電磁輻射,通過生物組織的反射、吸收和穿透作用,對人體確實有各種明顯的危害。對動物的試驗發(fā)現(xiàn),電磁輻射能產(chǎn)生病理、生理和神經(jīng)效應(yīng),如灼傷、影響消化、引起興奮、痙攣、不安、疲憊、白內(nèi)障、高血壓等癥狀。到目前為止,雖然還沒完全弄清電磁輻射對人體危害的機理和后果,但是人類已對人體易受電磁輻射危害的器官,如人體、眼睛、大腦、神經(jīng)、皮膚和血液等,以及對生物組織的致熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)進行了大量的研究。電磁輻射致病,已經(jīng)逐步被人類所認(rèn)識,人類正在采取措施加以控制。
要解決好開關(guān)電源適配器的電磁干擾問題,必須從電磁波的產(chǎn)生(干擾源)和接收(抗干擾,也就是常說的防護)兩個方面采取措施。抑制開關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾和輻射干擾、增強電子設(shè)備或電子系統(tǒng)的抗干擾能力,使開關(guān)電源、充電器、電源變壓器或電子設(shè)備既不是電磁干擾源,又具有一定的抗干擾能力,達(dá)到EMC要求的工作狀態(tài)。任何電子設(shè)備或電子系統(tǒng)不因自身的寄生發(fā)射或電磁泄漏而影響附近的其他電子設(shè)備或電子系統(tǒng)的正常運行或形成電子污染,同時又能在一定工作條件下保持正常工作,既被認(rèn)為具有電磁兼容能力。詳見
由于電磁兼容性幾乎涉及所有的電子設(shè)備或電子系統(tǒng),國際電工委員會IEC開展了積極的EMC標(biāo)準(zhǔn)化工作。IEC中具體負(fù)責(zé)制定EMC國際標(biāo)準(zhǔn)的是第77技術(shù)委員會(TC77)和國際無線電干擾特別委員會CISPR。另外,在IEC理事會下特設(shè)有一個電磁兼容性咨詢委員會(ACEC)的機構(gòu),負(fù)責(zé)對TC77和CISPR與其他技術(shù)委員會(TC)之間有關(guān)EMC標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)。從對電磁干擾采取措施的方法,將EMC標(biāo)準(zhǔn)分為輻射標(biāo)準(zhǔn)和防護標(biāo)準(zhǔn)。輻射標(biāo)準(zhǔn)用于限制電子設(shè)備或電子系統(tǒng)輻射的干擾波。事實上,防護標(biāo)準(zhǔn)則用于提高電子設(shè)備或電子系統(tǒng)對外來干擾的承受(抗干擾)能力。按所包含的內(nèi)容進行分類,EMC標(biāo)準(zhǔn)又可分為基本標(biāo)準(zhǔn)、通用標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和專用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)幾大類。
從開關(guān)電源的標(biāo)簽上,我們常見到有CCC,UL,FCC,PSE,CE,GS,SAA,C-TICK這些認(rèn)證符號。
CCC認(rèn)證屬于中國市場的強制性認(rèn)證,包括安全認(rèn)證和電磁兼容認(rèn)證;UL認(rèn)證屬于美國市場的安全認(rèn)證;FCC認(rèn)證屬于美國市場的電磁兼容認(rèn)證;PSE認(rèn)證是日本強制性安全認(rèn)證,用以證明電機電子產(chǎn)品已通過日本電氣和原料安全法(DENANLaw)或國際IEC標(biāo)準(zhǔn)的安全標(biāo)準(zhǔn)測試;CE認(rèn)證屬于歐洲市場的電磁兼容認(rèn)證;GS認(rèn)證屬于歐洲市場的安全認(rèn)證,SAA認(rèn)證屬于澳洲市場的安全認(rèn)證;C-TICK認(rèn)證屬于澳洲市場的電磁兼容性認(rèn)證。
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