「Pre-EMI」，為什么讓人上頭？

常常覺得自己并不喜歡炒冷飯，總想每次都換新的主題來寫推文。但是這次，測測我卻重新提筆去寫了“Pre-EMI”。

上次寫了Pre-EMI在消費電子領域（智能家居、白色家電、LED燈）的應用案例，那這次我們就來關注下工業(yè)電子，看看在鐵路車載設備、大功率激光器、可編程控制器、電源類/大功率測試電源類這些領域，Pre-EMI測試的案例又能給這些行業(yè)帶來什么樣的不同呢？

在看完手邊的資料后，測測還是會告訴自己：Pre-EMI仍是個非常值得說的話題。

1、 鐵路車載設備領域

車載監(jiān)測設備、車載控制系統(tǒng)等

鐵路行業(yè)的車載設備由于是牽引系統(tǒng)供電，干擾信號特別多且都是通過電源線路傳導過來，所以會遇到非常多的傳導騷擾不通過的問題。

這個行業(yè)的廠家主要都會在中鐵檢驗認證中心做測試，首次未通過測試的廠家為了能盡快通過認證，都會在認證實驗室進行二次或者多次整改和調試，產生的費用是極其昂貴的。案例中的這家企業(yè)也不例外，同時，工程師的超負荷工作，壓力與時間被大量地浪費在整改環(huán)節(jié)上。

與其在高壓環(huán)境下不停地整改并承擔超成本的投入，還不如在研發(fā)初期采用有效的測試設備和手段盡早發(fā)現(xiàn)問題并解決，然后一次性通過認證測試。由此，大家對產品自驗證的傳導騷擾測試需求非常強烈。

鐵路領域中車載設備的產品種類繁多：牽引傳導系統(tǒng)、列車運行控制系統(tǒng)、列車安全防護系統(tǒng)、遠程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)、列車運行狀態(tài)信息系統(tǒng)等等。每款產品上市前都需要做CRCC認證，包括EMC測試。通過EMC測試是認證過程中非常關鍵的一項，而EMI測試是其中最棘手的部分。

車載設備類產品的EMI測試對應的標準是GB/T 24338。由于鐵路行業(yè)車載設備大多有金屬外殼，其對輻射發(fā)射和抗干擾有一定的性能保證。但是設備的線纜是傳播干擾的薄弱環(huán)節(jié)，因而電源線的傳導騷擾是問題比較集中的測試項目。

車載設備供應商的傳導騷擾測試分為兩類：一類是針對電源端口的認證傳導騷擾測試，電源端口是直流供電110V，最大電流為32A；另一類是研發(fā)過程中增加的針對控制電路端口的傳導騷擾測試，LIN口居多，基本上是直流電壓5V，電流是mA級別的。

那么讓我們來看看解決方案——

為解決傳導騷擾測試頻繁整改的問題，提出的是由R&S預認證接收機ESL3、人工電源網絡ENV432和軟件ELEMI-E組成的傳導騷擾測試方案，配合測試桌、參考接地板以及模擬認證實驗室的測試環(huán)境。方案中增加了近場探頭組，以方便排查和定位騷擾源。

讓我們來看看具體的清單配置——

值得一提的是，ESL EMI測試接收機將兩種儀器集于一體，不僅能夠根據相關標準測量EMC干擾，還可以用作功能全面的頻譜分析儀。

2、 大功率激光器行業(yè)

大功率激光加工設備

一提到到激光，就想到biubiubiu的激光發(fā)射。

隨著激光技術的不斷提高，激光器和激光加工設備的應用領域不斷擴展。近年來，激光器及激光加工設備在半導體、顯示、消費電子等精細微加工領域和航空發(fā)動機、火箭飛行器、汽車發(fā)動機等零部件結構高度復雜的尖端科技領域的應用逐漸增多。這對于企業(yè)來說是個機遇，但同時，推出的產品越來越多，意味著去外部做測試或者首測認證不通過后反復整改測試的次數也變得越來越多，每年這部分費用投入很大。

目前，隨著產品線進一步完善，激光器行業(yè)的頭部客戶已經完成專門的EMC實驗室建設，后面的企業(yè)都會依次跟進。

為解決傳導騷擾測試頻繁整改的問題，提出的方案是R&S手持式頻譜分析儀FPH加近場探頭組HZ15/16的輻射發(fā)射測試方案。此套測試方案可以幫助客戶進行簡單的debug工作，待找到干擾源并進行整改后，再送到認證實驗室進行認證測試。

身邊很多激光行業(yè)的小伙伴都說自己之前完全get不到，入手之后才發(fā)現(xiàn)，“真香”！

3、 可編程控制器領域

可編程控制器、電力保護器等

工業(yè)4.0是近十年來的一個熱議名詞。

行業(yè)的風口自然讓工業(yè)控制領域的企業(yè)蓬勃發(fā)展——

隨著工業(yè)4.0的進展加快，全球工業(yè)自動化控制市場保持著快速增長的態(tài)勢，隨著越來越多的自動化生產流水線和智能設備大量出現(xiàn)，工控產品需求的增速被充分帶動。包括控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、智能設備，都被應用在電廠、化工、冶金、建材等工業(yè)企業(yè)，涉及到的產品包括電液執(zhí)行器、鍋爐檢測系統(tǒng)、可編程控制器、電力保護器等等。

其中，工業(yè)控制器主要涉及強電系統(tǒng)（單相、三相）的開合、時序控制以及基于傳感器信號采集的部分負反饋系統(tǒng)，同時兼具一些網口、串口等弱電接口。例如，產品對標CISPR11的測試標準，EMI方面需要測試150K-30MHz的電源傳導騷擾電壓以及30MHz-1GHz的空間輻射騷擾，偶爾涉及通信端口的傳導騷擾測試。

針對可編程控制器的測試，選用的預認證級的接收機有ESL和ESRP 兩種，從經濟的角度可以選ESL。ESRP則是在硬件平臺、測試性能以及可擴展性都更加優(yōu)秀。傳導騷擾測試方面，根據被測品最大電流的可能達到三相60A的具體情況推薦ENV4200。軟件方面用了R&S新版ELEKTRA軟件。此外， 如不搭建暗室，也可搭配第三方的GTEM 小室用于輻射騷擾EMI（RE）測試。測試結果可以通過配套軟件轉換為10米法暗室的測試結果，同時未來還可以用于輻射抗擾度測試。

4、 電源類產品領域

充電模塊、工業(yè)電源、車載電源等

這幾年做新能源車領域的相關電源產品的還是挺滋潤的。

全球電動汽車的普及將驅動工業(yè)電源市場穩(wěn)定增長。行業(yè)某半導體材料生產制造及應用解決方案提供商，產品包括碳化硅肖特基二極管、碳化硅MOSFET、碳化硅混合模塊等功率半導體器件，以及全碳化硅充電模塊、全碳化硅船舶電源、全車載電源、全碳化硅工業(yè)電源等電源產品，產品覆蓋工業(yè)電子、汽車、船舶及軍工等行業(yè)。

某企業(yè)生產主要面向客戶的充電樁電源模塊產品。產品上市之前需要通過CISPR11的測試要求，在EMI方面需要測試9kHz-30MHz的電源線傳導騷擾電壓。而該企業(yè)的產品在頻率為150kHz-3MHz的頻率范圍內經常超標，該頻率為產品開關頻率及其倍頻。同時又需要直流和交流兩種測試，交流模式下需要電流超過70A。

為解決傳導騷擾測試頻繁整改的問題，提出的方案是由預認證EMI測試接收機、三相人工電源網絡和軟件組成的傳導騷擾測試方案。鑒于被測件工作電流可能達到70A以上，建議配置4*100A的人工電源網絡。

ESRP3可使用基于FFT的時域掃描（可大幅加快測量）測量電磁干擾相比傳統(tǒng)方法，能夠顯著加快測量。

5、 電源類產品領域

可編程電源、交直流電源、濺射電源等

我們再來講講另外一個也屬于電源類產品領域的產品測試案例。

這類企業(yè)專注于工業(yè)電源，如功率控制電源和特種電源等設備的研 發(fā)和制造。涉及的產品有可編程電源、射頻 / 濺射電源、通用交直流 電源、感應電源、高壓 / 特種電源等。

電源是典型的電力電子裝置，其電路中周期性變化的脈沖時域信號含有豐富的諧波，對應的頻譜是離散頻譜，這使得其在開關頻率的高階諧波處仍然會有頻率分量。加之高頻時“天線”（實際的電源線）的輻射效率大大增強，因此在這些頻率處具有較強的干擾輻射。開關型變換器中的功率半導體器件的開關頻率通常較高，開關速度快，易產生開關噪聲，在高頻時元件及信號回路上產生的高頻寄生參數會對噪聲信號的傳輸通道產生影響，進一步加劇電源的噪聲水平。但與高速數字電路相比，由于半導體器件的功率大，開關頻率不太高，所以開關型變換器呈現(xiàn)出不同于高速數字電路的電磁干擾特性?，F(xiàn)在的開關電源技術廣泛應用于各種民用和軍用產品，電源產品在EMI測試中既要需要符合CISPR 11以及國標GB 4824的產品標準，還要符合軍標 GJB151B的標準。

開關電源的干擾源主要集中在功率開關器件以及與之相連的散熱器和高頻變壓器上，相對于高速數字電路干擾源的位置較為清楚。但是由于高頻寄生參數的存在，使得噪聲傳輸通道不是很明確，干擾傳播路徑不如預期。作為工作于開關狀態(tài)的能量轉換裝置，電源主電路中的大功率開關過程會引起嚴重的傳導型EMI。即使電源本身的開關頻率不高（從幾十kHz到幾MHz)，但是干擾來自它的高階諧波，所以傳導干擾是其主要的干擾成分。干擾也會產生電磁場的輻射，它們會嚴重污染周圍的電磁環(huán)境和電網。

考慮到被測電源要滿足GJB151B和GB4824（CISPR11）干擾特性測試，那就得提供最接近認證接收機的預認證型號ESRP作為測量接收機，搭配低頻擴展ESRP-B29，能夠滿足針對GJB151B CE101（25Hz至10kHz電源線傳導發(fā)射）的測試要求。而LISN則選擇了民標具有單相/三相獨立接口的ENV432，以及能夠達到GJB的LISN NNBL 8229-HV，自動化軟件選擇了ELEMI-E。

6、 大功率測試電源領域

大功率交直流源，電子電子設備

下面介紹的這個案例是做大功率交直流源、可編程交直流源、電力電子測試設備的。產品主要應用于工業(yè)電子、半導體以及汽車等行業(yè)。

前面提到，電源是典型的電力電子裝置，其電路中周期性變化的脈沖時域信號含有豐富的諧波，對應的頻譜是離散頻譜，使得其在脈沖頻率的整數倍頻率處的頻譜強度較非周期性變化的時域信號要高，因此在這些頻率處具有較強的干擾輻射。開關型變換器中的功率半導體器件的開關頻率通常較高，開關速度快，易產生開關噪聲。在高頻時元件及信號回路上產生的高頻寄生參數會對噪聲信號的傳輸通道產生影響，進一步加劇電源的噪聲水平。

為解決傳導騷擾測試頻繁整改的問題，提出的方案是用預認證接收機 ESRP3，搭配軟件ELEMI-E的傳導騷擾測試方案。并配合屏蔽室、測試桌和參考接地板，以模擬認證實驗室的測試環(huán)境。

最后讓我們來掃一眼ELEKTRA測試軟件。軟件控制完整的EMC測試系統(tǒng)，自動進行被測設備（EUT）的騷擾（EMI）和抗擾度（EMS）認證測試。ELEKTRA根據通用標準簡化測試系統(tǒng)配置和測試描述。它可加快執(zhí)行測試，并迅速生成全面的測試報告

寫到這里剛好，下面還是照例貼一些客戶的鮮活反饋：

“在這套Pre-EMI方案交付后，我們進行了實測比較，得到的測試結果曲線和認證實驗室的測試結果曲線趨勢一致。這樣我們再也不用去認證實驗室熬夜測試整改了?！?/p>

“購買了這套預認證系統(tǒng)后，我們在公司就有測試手段針對關鍵頻率點和設備關鍵部位進行測量驗證，這使我們真正做到了心里有數，送檢有譜，大大提高了我們的研發(fā)效率并節(jié)省了測試經費?！?/p>

“經過和第三方實驗室對比，這套EMI預認證測試系統(tǒng)測試結果一致性良好，為我們研發(fā)和診斷測試提供了可靠的手段。現(xiàn)在這個瓶頸去掉后，在幾個項目的任務執(zhí)行過程中，我們的測試效率明顯提高?！?/p>

看，這套Pre-EMI預認證測試系統(tǒng)的口碑，就算在工業(yè)品領域，也從來沒有變過。

審核編輯 黃宇