LISN 在电力电子设备EMI 测试中的应用

#王晓辉1，张晓2，孙新贺1*基金项目：江苏省省级科技创新与成果转化-大功率高性能中压变频传动装备开发及产业化（BA2008029）作者简介：王晓辉（1984-），女，在读硕士，主要研究方向：电力电子设备的电磁兼容.E-mail:[e-mail]（1.中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008；2.江苏省电力传动与自动控制工程技术研究中心，徐州221008）摘要：电力电子设备产生的电磁发射通常在较低频率范围内，根据GB/T6133.1中关于电气设备性能的测试要求，通常只需要测量其传导干扰。本文详述了在电力设备EMI测试中的重要辅助设备电源线阻抗稳定网络LISN（LineImpedanceStabilizationNet-work）的结构、原理、分类及工作特性，分别阐述了在电力电子设备测量共模干扰和差模干扰时的使用方法，说明了在实际测量过程中LISN的使用原则。关键词：电力电子设备；EMI；测试；电源线阻抗稳定网络中图分类号：TN43ApplicationsofLISNinEMCDetectionofPowerElectronicEquipmentWangXiaohui1,ZhangXiao2,SunXinhe1(1.SchoolofInformationandElectricalEngineering,ChinaUniversityofMiningTechnology,JiangsuXuzhou221008;2.JiangsuEngineeringResearchCenterForElectricalDiverandContor,JiangsuXuzhhou221008)Abstract:Theelectromagneticemissiongeneratedbypowerelectronicequipmentisusuallyatalowerfrequencyrange,accordingtothetestingrequirementsfortheperformanceoftheelectricalequipmentonGB/T6133.1,theonlyneedtomeasuredusuallyistheconductedinterference.Thispaperdetailsthestructure,principle,classificationandworkcharacteristicsoftheimportantauxiliaryequipmentwhichisthelineimpedancestabilizationnetworkLISN(LineImpedanceStabilizationNet-work)intheEMItestofthepowerelectronicequipment；anddescribedrespectivelytheusemethodsinthecommon-modeinterferenceanddifferential-modeinterferencemeasurements；indicatedtheprinciplesofusingtheLISNintheactualmeasurementprocess.Keywords:powerelectronicequipment;EMI;test;LISN0引言电力电子设备产生的电磁发射通常是宽带的、连续的，其频率范围可以从工频覆盖到几兆赫兹，通常在这一频率范围内只测量传导干扰。传导干扰可以以电压或电流的共模（不对称）和差模（对称）形式出现。共模（CM）干扰和差模（DM）干扰产生的内部机理有所不同,共模干扰是指通过相线、对地寄生电容,再由地形成的回路干扰,它主要是由较高的dv/dt与寄生电容间的相互作用而产生的高频振荡；差模干扰是指相线之间的干扰直接通过相线与电源形成回路，它主要是由电力电子设备产生的脉动电流引起的。电源线阻抗稳定网络（LISN），又称人工电源网络，它是在传导干扰测试中相当重要的一个附件。目前，电力电子设备传导性EMI的测试主要是通过线性阻抗稳定网络(LISN)进行的。本文详述了LISN的结构、工作原理、特性及电力电子设备EMI检测中LISN分别在差模电压和共模电压测量过程中的应用和实际测试过程中应注意的正确安装和使用事项,以保证检测结果的正确性和准确性。防止因LISN使用不当,而造成测试结果出现较大误。1.LISN介绍1.1LISN的结构和原理目前,国内专业EMC检测实验室都依据GJB151A/152A-97进行EMC检测[1]。GJB152—1997规定的阻抗稳定网络50Ω/50μH的V型LISN的电路结构及元件参数如图1所示。图中EUT指待测设备（equipmentundertesting）。图1LISN结构现以此LISN的电路说明其工作原理[1]。从此电路的结构可以看出，50μH电感和8μF电容共同构成低通滤波器，将电网来的高频干扰隔离开，而待测设备产生的高频干扰则可以通过则可以通过0.25μF电容进入测量接收机（如EMI接收机、频谱仪等），从而保证测量接收机测得的干扰的确是待测设备产生的干扰。1.2LISN的分类及应用范围通常,LISN分为V型、△型、T型3种结构。在CISPR16标准中，分别规定了不同频率范围内的LISN使用原则和推荐LISN类型。GB/T6113.1中也分别规定了我们国家无线电骚扰及抗扰度测量附属设备中给出了LISN不同类型的使用条件。这些规定都参考自IEC的电磁兼容标准。现在就常用的V型LISN做简要介绍[2]。1.2.150Ω/50μH+5ΩV型LISN(适用于9-150KHZ的频率范围)图3示出了该电路的结构。表1示出了相关频率范围内网络阻抗的大小和相位随频率变化的特性。实际中允许有±20%的偏差。图250Ω/50μH+5ΩV型LISN+5ΩV型LISN网络阻抗特性频率MHz阻抗值Ω相位度0，0095．2226.550，0156.2238.410，0207.2544.970，0258.3849.390，0309.5652.330，04011.9955.430，05016.7756.230，06016.7756.230，07019.0455.400，08021.1954.190，09023.2252.770，10025.1151.220，15032.7243.351.2.250Ω/50μHV型LISN（适用于0.15-30MHZ的频率范围）图4示出了该电路的结构。表2示出了相关频率范围内网络阻抗大小和相位随频率变化的特性。实际中允许有±20%的偏差。图350Ω/50μHV型LISN表2：50Ω/50μHV型LISN网络阻抗特性频率MHz阻抗值Ω相位度0，1536.5046.700，1739.1243.110，2042.1838.510，2544.1732.480，3045.5227.950，3546.4624.450，4047.6521.700，5048.3317.660，6048.7614.860，7049.0412.810，8049.2411.250，9049.3810.031，0049.579.041，2049.727.561，5049.846.062，0049.904.552，5049.933.643，0049.963.044，0049.982.285，0049.981.827，0049.991.3010，0049.990.9115，0050.000.6120，0050.000.4630，0050.000.30+1ΩV型LISN（适用于150K-100MHZ的频率范围）图5示出了该电路的结构。表3示出了相关频率范围内网络阻抗大小和相位随频率变化的特性。实际中允许有±20%的偏差。图450Ω/50μH+1ΩV型LISN表3：50Ω/50μH+1ΩV型LISN阻抗特性频率MHz阻抗值Ω相位度0，154.7072.740，206.1973.930，309.1473.470，4012.0071.610，5014.7569.240，7019.8264.071，0026.2456.541，5033.9446.052，0038.8338.152，5041.9432.273，0043.9827.814，0046.3321.635，0047.5617.627，0048.7112.8010，0049.359.0415，0049.716.0620，0049.844.5530，0049.933.0450，0049.971.82100，0049.990.91108，0049.990.841.2.4150ΩV型LISN（适用于150K-30MHZ的频率范围）该网络阻抗的摸为150±20Ω，相角不得超过200。测量对称电压时，需要使用屏蔽的平衡变换器。为了避免阻抗网络产生明显的变化，该变换器的输入阻抗在所有感兴趣的频率上不得低1000Ω。由测量接收机测得的电压取决于该网络的元件值和传输比。网络应校准。2.LISN在电力电子设备EMC测试中的应用2.1LISN在电力电子设备EMI测试的功能当考虑电力电子设备的电磁兼容性能时，设备是干扰发射源，为了简化分析，往往把设备看作是电压源或电流源。如图5图中的EMI源就是待测的电子设备，以电压源/电流源表示。从图中可以看出，当在电网端测量EMI电压Un时，EMI电压不仅与干扰源的参数有关，同时可受到电网阻抗Zm的影响。为了确保EMI测试的可重复性和EMI测试结果的可比较性，需要在EMI源（待测设备）与电网之间插入LISN以形成标准的接口。当LISN阻抗Zs足够大是，从EMI源看进去的阻抗Zin就基本上与电网阻抗Zm无关了。，LISN的功能可以概括为三点：(1）对待测设备（EUT）的电源输入端口，在高频谐波时提供一个标准线性阻抗，这样当联接到同一电源的其他设备发生变化时，不会影响EUT输入的电源阻抗；(2）可以滤去来自电网电源的EMI，给开关电源提供一个“干净”的电网交流电源，不会影响对EUT本身传导干扰的测量结果。(3)LISN为供电电源通路并转接测试信号给EMI干扰测量设备[3]。(4）LISN防止EUT产生的干扰叠加到主电源：如果主电源有太多的电磁干扰，将会影响同一线路上的其他设备[6]。2.2LISN在差模干扰电压测量中的应用CISPR推荐使用△形LISN测量差模电压，△形LISN的结构可见图6[1]。图中同时画出了使用平衡输入EMI接收机和△形LISN测量差模电压的方法。当把图6中开关的位置拨于C时，也可以测出待测设备的共模电压。LISN中的共模电压不能影响差模噪声电压的测量，CIPSR规定在测量差模电压时，对共模电压的抑制应该高于26dB（20：1）。图6用CISPR标准LESN和带平衡输入端子的EMI仪测量差模电压2.3LISN在共模干扰电压测量中的应用CISPR规定了几种不同的LISN用于测量共模干扰电压，这些LISN包括50Ω/50μHV型LISN、50Ω/5μHV型LISN、150ΩV型LISN、150△形LISN（可同时测量差模电压）。其中150ΩV型LISN和150△形LISN事较早使用的LISN，主要用于测量额定电流在25A一下的待测设备产生的干扰电压。当待测设备额定电流超过25A时，CESPR推荐使用新的50Ω/50μHV型LISN来测量，如图8[1]。由于这种LISN在相线与地线之间接有1μF电容，所以要特别注意待测设备的接地安