EMI滤波器测试技术研究

随着科学技术和生产的发展，电子产品日益增多，从而空间电磁环境越发复杂，恶劣的电磁环境将会对人类及各种生物造成严重影响，另外电子产品间也可能互相产生干扰导致其不能正常工作，于是出现了EMC测试。

在电子设备及电子产品中，电磁干扰能量可通过辐射性耦合或传导性耦合进行传输。在抑制电磁干扰信号的辐射干扰方面，屏蔽是有效的措施；在抑制电磁干扰信号的传导干扰方面，EMI滤波器是十分有效的器件。由于EMI滤波器是抑制传导干扰的重要器件，所以研究EMI滤波器的测试方法就变得十分重要。

l EMI滤波器的测试指标

1．1 共模干扰和差模干扰

实际上EMI电源滤波器起两种低通滤波器的作用：衰减共模干扰和衰减差模干扰。对任何电源线上的传导干扰信号，都可以用共模和差模干扰信号来表示。并且可把L—E和N—E之间的共模干扰信号、L—N之间的差模干扰信号看作独立的EMI源，把单相电源内的L—E、N—E和L—N看作独立网络端口来分析EMI信号和有关的滤波网络。图1中，U1和U2为共模干扰信号，U3为差模干扰信号。



1．2 EMI滤波器网络结构

图2所示为单相电源滤波器的基本网络结构。它是由集中参数元件构成的无源低通网络，滤波网络主要由两只电感L1和L2，三只电容CX、CY1、CY2组成。如果把该滤波器一端接入电源，负载端接上被干扰设备，那么L1和CY1，L2和CY2就分别构成L—E和N—E两对独立端口间的低通滤波器，用来抑制电源线上存在的共模EMI信号。此外，L1、L2又与CX构成L—N独立端口之间的低通滤波器，抑制差模干扰信号。



1．3 EMI滤波器漏电流性能测试

泄漏电流是指在250VAC的电压下，相线和中线与滤波器外壳(地线)间流过的电流。它主要取决于接地电容(共模电容)的取值。较大的共模电容CY可以提高插入损耗，但却造成较大的漏电流。泄漏电流的测试电路如图3所示：



1．4 EMI滤波器耐压性能测试

为确保电源滤波器的性能以及设备和人身安全，必须进行耐压测试。耐压测试是在极端工作条件下的测试。若CX电容器的耐压性能欠佳，在出现峰值浪涌电压时，可能被击穿。它的击穿虽然不危及人身安全，但会使滤波器功能丧失或性能下降。CY电容器除了满足接地漏电流的要求外，还在电气和机械性能方面具有足够的安全余量，避免在极端恶劣的环境条件下出现击穿短路现象。故线一地之间的耐压性能对保护人身安全有重要意义，一旦设备或装置的绝缘保护措施失效，可能导致人员伤亡。

1．5 EMI滤波器的性能评定

EMI电源滤波器在使用时考虑最多的是额定电压及电流值、耐压性能、漏电流三项，而其中最主要的评定性能为滤波器的插入损耗性能。

EMI电源滤波器对干扰噪声的抑制能力用插入损耗I．L．(Insertion Loss)来衡量。插入损耗定义为：没有滤波器接入时，从噪声源传输到负载的功率P1和接入滤波器后，从噪声源传输到负载的功率P2之比，用dB(分贝)表示。



2 EMI滤波器的频域测试

测试标准的确定为电源EMI滤波器的各项指标提供了统一的衡定依据。其中最主要的测试项目为滤波器频域上的插入损耗测试

2．1 插入损耗的标准测试

在标准测量法中规定，在50Ω～75之间的任一阻值的系统内测试它的插入损耗特性。测试原理如图4所示。



实际测试时，常常利用屏蔽室来测试滤波器的插入损耗，测试图如图5所示。



2．2 插入损耗的加载测试

在EMI滤波器产品中，由于使用不合适的材料，共模扼流圈不可能保证完全对称会导致磁环的饱和，同时寄生差模电感也可能产生磁环的饱和，使得滤波器的实际使用情况与厂家提供数据有很大差距，因此必须对滤波器采用加载测试。

3 EMI滤波器的时域测试

一般地，对于EMI电源滤波器我们只关心它的常规性能及频域抑制性能。而对于EMI信号线滤波器，由于传输线本身就会产生一定的电磁干扰，所以测试信号必然会产生一定的衰减。这时，我们就要对其进行时域传输性能上的测试。

使用50kHz的方波对电容值为8000pF的滤波插针进行滤波，发现其时域的上升沿和下降沿有明显的变化。频域上，经过滤波后，方波信号的高频分量被滤除。

对于通过同一滤波插针，方波的频率越高，其谐波信号被滤波插针衰减的将会越大，则方波的波形上升及下降时间将会越长。同样，对于同样的频率波形，通过滤波插针，其滤波容值越大，方波上升时间趋缓的程度越大。

4 EMI滤波器插损自动测试系统设计

近年来，随着EMC测试的内容日趋复杂，测试工作量急剧增加，对测试设备在功能、性能、测试速度、测试准确度等方面的要求也日益提高。在这种情况下，传统的人工测试已经很难满足要求，再加上现在的国家标准(GB)和国家军用标准(GJB)均要求电磁兼容的检测必须自动进行，并且对数据后处理有严格的要求。因此，发展EMC自动测试成为必然之路。本文所建立的自动测试系统使用了虚拟仪器技术，基于信号源一频谱仪对EMI电源滤波器进行插损测试的系统。