在當(dāng)今科技飛速發(fā)展的時(shí)代，電子設(shè)備和系統(tǒng)無處不在，從日常生活中的智能手機(jī)、電腦，到工業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)化設(shè)備、電力系統(tǒng)，它們的正常運(yùn)行對(duì)于我們的生活和工作至關(guān)重要。然而，這些設(shè)備和系統(tǒng)所處的電磁環(huán)境卻日益復(fù)雜，各種電磁干擾可能會(huì)對(duì)其性能產(chǎn)生影響，甚至導(dǎo)致故障。電磁兼容性(EMC)作為確保設(shè)備在其電磁環(huán)境中不受干擾正常工作的關(guān)鍵因素，愈發(fā)受到人們的關(guān)注。浪涌抗擾度作為電磁兼容性測(cè)試中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，對(duì)于評(píng)估設(shè)備在突然電壓波動(dòng)條件下的穩(wěn)定性和可靠性起著不可或缺的作用。

浪涌(沖擊)的產(chǎn)生原理

浪涌通常是指一種短暫的、突發(fā)的電壓或電流尖峰，其產(chǎn)生原因主要有以下兩類：

電力系統(tǒng)開關(guān)瞬態(tài)

主電源系統(tǒng)切換騷擾：例如電容器組的切換，在切換瞬間，電路中的電流和電壓會(huì)發(fā)生急劇變化，從而產(chǎn)生浪涌。

配電系統(tǒng)中較小的局部開關(guān)動(dòng)作或負(fù)載變化：當(dāng)小型開關(guān)開合或負(fù)載突然增加、減少時(shí)，也可能引發(fā)電壓的瞬間波動(dòng)，形成浪涌。

與開關(guān)器件(如晶閘管)相關(guān)聯(lián)的諧振現(xiàn)象：開關(guān)器件在工作過程中，可能會(huì)引發(fā)電路中的諧振，導(dǎo)致電壓升高，產(chǎn)生浪涌。

雷電瞬態(tài)

直接雷擊于外部電路(戶外)：注入的大電流流過接地電阻或外部電路阻抗而產(chǎn)生電壓，這種直接雷擊產(chǎn)生的浪涌能量巨大，對(duì)設(shè)備的危害極大。

在建筑物內(nèi)、外導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)電壓和電流的間接雷擊：即云層之間或云層中的雷擊或擊于附近物體的雷擊，這種雷擊產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)在導(dǎo)體上感應(yīng)出電壓和電流，從而形成浪涌。

附近直接對(duì)地放電的雷電電流：通過入地耦合到設(shè)備組接地系統(tǒng)的公共接地路徑，產(chǎn)生感應(yīng)電壓，進(jìn)而形成浪涌。當(dāng)保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，電壓和電流可能發(fā)生迅速變化，并可能耦合到內(nèi)部電路。

浪涌抗擾度測(cè)試的原理與標(biāo)準(zhǔn)

測(cè)試原理

浪涌抗擾度測(cè)試的目的是測(cè)量和評(píng)估電子設(shè)備在受到電磁干擾時(shí)的性能表現(xiàn)。測(cè)試過程包括在設(shè)備的饋入點(diǎn)施加規(guī)定強(qiáng)度、波形和持續(xù)時(shí)間的干擾信號(hào)，然后觀察設(shè)備的響應(yīng)。通過這種方式可以衡量設(shè)備對(duì)電磁噪聲的免疫能力，并找到可能的弱點(diǎn)，以便進(jìn)行改進(jìn)。

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)制定的 IEC 61000 - 4 - 5 標(biāo)準(zhǔn)，成為全球范圍內(nèi)浪涌抗擾度測(cè)試的基準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)描述了用于測(cè)試?yán)擞磕褪苣芰Φ牡湫筒ㄐ?，如組合波，其中包括 1.2/50μs 電壓波和 8/20μs 電流波，這兩種波形能夠很好地模擬雷擊和電氣開關(guān)操作所產(chǎn)生的浪涌現(xiàn)象。同時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)還指出了適用的電壓和電流水平。我國(guó)的 GB/T 17626.5 - 2019《電磁兼容 試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù) 浪涌(沖擊)抗擾度試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)，全面替代了 GB/T 17626.5 - 2008，該標(biāo)準(zhǔn)使用翻譯法等同采用 IEC 61000 - 4 - 5：2014，規(guī)定了設(shè)備對(duì)由開關(guān)和雷電瞬變過電壓引起的單極性浪涌(沖擊)的抗擾度要求、試驗(yàn)方法和推薦的試驗(yàn)等級(jí)范圍，適用于電氣和電子設(shè)備。

浪涌抗擾度測(cè)試的設(shè)備與方法

測(cè)試設(shè)備

浪涌發(fā)生器：這是實(shí)施浪涌抗擾度測(cè)試的關(guān)鍵設(shè)備，它能夠仿真不同類型的電磁浪涌條件，以便測(cè)試電子設(shè)備對(duì)各種干擾的抗擾能力。浪涌發(fā)生器產(chǎn)生的波形需符合 IEC 61000 - 4 - 5 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 1.2/50μs(電壓波)和 8/20μs(電流波)組合波。

耦合 / 去耦網(wǎng)絡(luò)(CDN)：其作用是將浪涌脈沖注入被測(cè)設(shè)備(EUT)端口，同時(shí)隔離供電網(wǎng)絡(luò)，確保測(cè)試過程中不會(huì)對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)造成影響，也避免供電網(wǎng)絡(luò)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生干擾。

示波器與電流探頭：用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)浪涌波形參數(shù)，如峰值電壓、上升時(shí)間等，以便準(zhǔn)確了解浪涌的特性。

EMI 接收機(jī)：主要用于記錄測(cè)試過程中產(chǎn)生的電磁輻射干擾，全面評(píng)估設(shè)備在浪涌干擾下的電磁兼容性。

測(cè)試方法

測(cè)試環(huán)境搭建：通常在屏蔽室內(nèi)布置設(shè)備，這樣可以確保背景噪聲低于標(biāo)準(zhǔn)限值，減少外界電磁干擾對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，為測(cè)試提供一個(gè)相對(duì)純凈的電磁環(huán)境。

脈沖施加方式：采用差模(線間)和共模(線對(duì)地)兩種注入方式，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，浪涌可能通過這兩種不同的路徑對(duì)設(shè)備產(chǎn)生干擾，通過這兩種注入方式可以覆蓋所有可能的干擾路徑，全面測(cè)試設(shè)備的抗擾度。

測(cè)試等級(jí)選擇：根據(jù)設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)景來選擇合適的測(cè)試電壓等級(jí)。例如，工業(yè)環(huán)境對(duì)設(shè)備的抗干擾要求較高，可能選擇 4kV 的測(cè)試電壓;而民用環(huán)境相對(duì)要求較低，可能選擇 0.5kV - 2kV 的測(cè)試電壓。不同的應(yīng)用場(chǎng)景面臨的電磁干擾強(qiáng)度不同，通過選擇合適的測(cè)試等級(jí)，可以使測(cè)試更具針對(duì)性和實(shí)際意義。

重復(fù)性測(cè)試：為了確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，每個(gè)極性至少施加 5 次正 / 負(fù)脈沖，間隔時(shí)間≥1 分鐘。多次施加脈沖可以更全面地觀察設(shè)備在不同浪涌沖擊下的表現(xiàn)，避免因單次測(cè)試的偶然性而導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確。

性能評(píng)估：在測(cè)試過程中及測(cè)試后，檢查設(shè)備的功能是否正常，記錄設(shè)備是否出現(xiàn)復(fù)位、重啟或損壞等情況。根據(jù)設(shè)備的性能表現(xiàn)，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來判斷設(shè)備是否通過測(cè)試。

浪涌抗擾度測(cè)試的重要性與應(yīng)用

產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性保障

通過浪涌抗擾度測(cè)試，可以有效捕捉設(shè)備在面對(duì)電磁干擾時(shí)可能出現(xiàn)的缺陷，確保產(chǎn)品質(zhì)量符合市場(chǎng)要求。在產(chǎn)品開發(fā)階段進(jìn)行此項(xiàng)測(cè)試，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，從而提高產(chǎn)品的可靠性，減少產(chǎn)品在實(shí)際使用中出現(xiàn)故障的概率，提升消費(fèi)者的使用體驗(yàn)和滿意度。

減少經(jīng)濟(jì)損失

未經(jīng)過浪涌抗擾度測(cè)試的電子產(chǎn)品，容易在實(shí)際使用中因遭受浪涌沖擊而出現(xiàn)故障，進(jìn)而導(dǎo)致用戶投訴及經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)于企業(yè)來說，產(chǎn)品故障可能引發(fā)召回事件，不僅會(huì)造成直接的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)對(duì)企業(yè)的品牌聲譽(yù)造成嚴(yán)重?fù)p害。而進(jìn)行測(cè)試可以有效降低這類風(fēng)險(xiǎn)，保障企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和品牌形象。

廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域

浪涌抗擾度測(cè)試在眾多領(lǐng)域都具有重要應(yīng)用。在醫(yī)療器械領(lǐng)域，設(shè)備的可靠性關(guān)乎患者的生命安全，經(jīng)過嚴(yán)格的浪涌抗擾度測(cè)試，能夠確保醫(yī)療器械在復(fù)雜的電磁環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，為醫(yī)療診斷和治療提供可靠保障。在航空航天領(lǐng)域，電子設(shè)備面臨著更加嚴(yán)酷的電磁環(huán)境，浪涌抗擾度測(cè)試是保障飛行器電子系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在汽車電子領(lǐng)域，隨著汽車智能化程度的不斷提高，大量電子設(shè)備應(yīng)用于汽車中，通過浪涌抗擾度測(cè)試可以確保汽車電子設(shè)備在各種工況下正常工作，提升汽車的安全性和穩(wěn)定性。

未來浪涌抗擾度測(cè)試的發(fā)展方向

更高的測(cè)試要求

隨著技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)景越來越復(fù)雜，對(duì)設(shè)備的抗干擾能力要求也越來越高。未來的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)可能要求更高的浪涌耐受能力，以應(yīng)對(duì)更加嚴(yán)酷的使用環(huán)境。例如，在一些特殊環(huán)境下，如高海拔地區(qū)、強(qiáng)電磁干擾區(qū)域，設(shè)備需要具備更強(qiáng)的抗浪涌能力才能正常工作。

測(cè)試復(fù)雜性增加

隨著智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)和智能家居等領(lǐng)域的發(fā)展，電子設(shè)備之間的互聯(lián)性將日益增強(qiáng)，這對(duì) EMC 測(cè)試的復(fù)雜性提出了新挑戰(zhàn)。在這些復(fù)雜的系統(tǒng)中，設(shè)備之間的相互干擾問題更加突出，浪涌抗擾度測(cè)試需要考慮更多的因素，如設(shè)備之間的通信接口、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等對(duì)浪涌傳播和抗擾度的影響。

測(cè)試設(shè)備和方法的優(yōu)化

為了滿足不斷提高的測(cè)試要求，浪涌抗擾度測(cè)試設(shè)備和方法將不斷優(yōu)化。一方面，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的引入將加速原型設(shè)計(jì)和設(shè)備改進(jìn)的過程，通過建立精確的模型，可以在設(shè)備實(shí)際投入使用前精確預(yù)測(cè)其在真實(shí)環(huán)境中的表現(xiàn)，提前發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行改進(jìn)，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低成本。另一方面，測(cè)試設(shè)備的精度和性能也將不斷提升，能夠更準(zhǔn)確地模擬各種復(fù)雜的浪涌場(chǎng)景，提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

浪涌抗擾度測(cè)試作為電磁兼容性評(píng)估中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)于保障電子設(shè)備的耐用性和功能穩(wěn)定性具有不可替代的作用。在未來，隨著行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的不斷進(jìn)化，制造商和工程師應(yīng)高度重視浪涌抗擾度和其他 EMC 測(cè)試，這不僅是滿足合規(guī)性的需要，更是推動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng)新和提升競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。