EMC测试中的电流探头
- 专栏 专注介绍电磁兼容(EMC)的相关知识,算是对本人浸染 EMC 专业十余年的一个阶段小结 。
本文目录
- 1.EMC测试中的电流探头是什么?
- 2.电流探头的主要指标要求
- 3.什么是转移阻抗?
1.EMC测试中的电流探头是什么?
EMC 测试中用到的电流探头,指的是在一定频段范围内,用于测量电源线、信号线的传导耦合装置。
- 这里重点讲 “监测探头”,也就是用于测量线缆电流的探头。EMC 测试中还有“注入探头”,用于将信号注入线缆中,考核被试设备的敏感性/抗扰度
典型的电流探头产品如下图所示:
电流探头由铁氧体、带有绝缘材料的铜线以及用于屏蔽的金属外壳组成。
- 将铁氧体、线圈进行屏蔽,主要目的是为了防止静电耦合。
电流探头的优势较为明显,其可开合的环形构造,可以在不改变被试设备(EUT)连接电路情况开展测试,不需要与被测线缆有直接的导电接触。
- 这就使得在对一些复杂系统线缆的噪声开展测量时,可以不用改变其电路,不用修改或变更线缆的位置。比如,汽车线缆,可以在装机状态下进行测量。
电流探头主要测量范围为 30 Hz~100 MHz1,但是各厂商的产品最高可达 1 GHz。
2.电流探头的主要指标要求
电流探头的典型应用场景如下图:
其等效电路可以简化为:
结合等效电路,说明几个指标:
- 首先,是 插入阻抗,需 ≤ 1 Ω。
- 插入阻抗 是从电流探头的线圈(二级)转换到被测线缆中的阻抗。
- 一般来说,电流探头反射的阻抗值为几毫欧,对电路影响不会太大。
- 其次,转移阻抗,指的是次级电压与初级电流之比。
标准2规定,在电流探头端接 50 Ω 负载时,在平坦线性范围为 0.1 Ω ~ 5 Ω;低于平坦线性范围时可以为 0.001 Ω ~ 0.1 Ω。
- 有关 转移阻抗 的具体介绍详见下节。
- 第三,是前面提到的 平坦线性范围,电流探头的一个重要指标是其在通带范围有平坦的频响,也就是在规定频率范围内探头的转移阻抗相对平坦。
- 单个探头的频率范围很难完全覆盖电流探头的整个频率范围,一般需分为多个频段,如标准中给出的典型值分别为:100kHz ~ 100MHz、100MHz ~ 300MHz、200MHz ~ 1000MHz。
平坦通带的频率范围意义在于:
- 低于平坦通带的频率范围,电流探头仍能准确测量,但是灵敏度可能较低;
- 高于平坦通带的频率范围,电流探头会产生谐振,测量不再准确。
除了上述指标外,标准规定的指标还包括 磁饱和、外部磁场影响、电场影响、位置影响、电流探头口径等指标。
- 磁饱和:探头应给出误差不超过 1 dB 时,初级中直流或交流电源电流的最大值;
- 外部磁场影响:当线缆从探头口径内移动到探头外附近时,接收机的读数应至少减小 40 dB;
- 电场影响:探头应对 10V/m 以下的电场不敏感;
- 位置影响:使用探头时,任何尺寸的线缆放置在探头口径内的任何部分,当不大于 30MHz 时,测量值的变化应小于 1 dB;当在 30MHz ~ 1000MHz 范围内时,测量值的变化应小于 2.5 dB;
- 电流探头口径:标准要求,电流探头口径应最少 15 mm。
3.什么是转移阻抗?
作为表征电流探头性能的重要指标,本节单独介绍 转移阻抗 相关概念。
考虑上一节中的应用场景图和等效电路图,接收机测量的量为电压(记为VRV_RVR),而被测线缆中为传导发射电流(记为 ICEI_{CE}ICE),电流探头主要功能为将电流转换成电压。
因此,转移阻抗(ZTZ_TZT)的定义为:
ZT=VR/ICEZ_T = {V_R}/{I_{CE}} ZT=VR/ICE
由于电压、电流多用分贝(dBdBdB)来表示,转移阻抗也可以用分贝来表示:
ZT(dBΩ)=VR(dBμV)−ICE(dBμI)Z_T(dB \Omega ) = V_R(dB \mu V) - I_{CE} (dB \mu I) ZT(dBΩ)=VR(dBμV)−ICE(dBμI)
转移阻抗可以方便地表征电流探头的灵敏度。
线缆中最小可测电流为测量接收机灵敏度(上面两式中的 VRV_RVR)和电流探头转移阻抗(ZTZ_TZT)之比。
- 同样的,使用dBdBdB形式时,为两者之差。
- 例如,若使用灵敏度为 1 μV\mu VμV 的接收机和转移阻抗为 10Ω10 \Omega10Ω 的电流探头,则线缆上最小可测电流为 0.1 μA\mu AμA(即:1 μV\mu VμV / 10 Ω\OmegaΩ);
- 若使用接收机灵敏度为 10 μV\mu VμV ,电流探头转移阻抗为 1Ω1 \Omega1Ω ,则线缆上最小可测电流为 10 μA\mu AμA(即:10 μV\mu VμV / 1 Ω\OmegaΩ)。
- 所以,在接收机灵敏度确定时,为了得到更高的灵敏度,电流探头的转移阻抗应尽可能的高。
根据 CISPR 16-1-2:2014 or GB/T 6113.102-2017 相关说明。该标准主要规范的是传导发射的耦合装置,后续进行单独介绍。 ↩︎
CISPR 16-1-2:2014 or GB/T 6113.102-2017 ,下同。 ↩︎
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