于湛，丁環(huán)，貢恩忠，黃武，邵志敏

大電流注入法校準(zhǔn)夾具的研究

于湛，丁環(huán)，貢恩忠，黃武，邵志敏

（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車與交通學(xué)院，廣東 深圳 518055）

隨著汽車電子化程度的提高，人們對(duì)其電子部件工作的可靠性關(guān)注也越來越高．大電流注入法作為主要的電磁兼容測試方法，普遍的應(yīng)用于各類汽車電子部件可靠性驗(yàn)證中．本文從大電流注入法原理入手，分析校準(zhǔn)夾具原理，驗(yàn)證校準(zhǔn)夾具尺寸對(duì)校準(zhǔn)的影響．為工程師設(shè)計(jì)驗(yàn)證提供可靠參考．

電磁兼容；BCI；校準(zhǔn)夾具

1 引 言

近幾年隨著汽車向電動(dòng)化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化方向發(fā)展，汽車有限的空間內(nèi)集成了越來越多的電子設(shè)備[1]，這些電子設(shè)備也帶來越來越多的電磁兼容問題．為了應(yīng)對(duì)電磁兼容問題，電子零部件在裝上整車前必須進(jìn)行電磁兼容測試．大電流注入法作為輻射抗擾方法，因其成本低，不侵入被測設(shè)備的特點(diǎn)，成為電子部件驗(yàn)證的必選方法．因此，為保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)前的電流鉗校準(zhǔn)變得尤為重要．然而部分電磁兼容實(shí)驗(yàn)室因使用的電流鉗較多，校準(zhǔn)夾具較多，工程師往往只關(guān)注到校準(zhǔn)夾具的工作頻段，忽略了校準(zhǔn)夾具的適配性．因此本文從大電流測試方法入手，分析其校準(zhǔn)原理和影響因素，為汽車及零部件實(shí)驗(yàn)提供參考．

2 大電流注入測試

為了保證電子的電磁可靠性，產(chǎn)品被要求進(jìn)行愈來愈多的電磁抗擾項(xiàng)目測試．其中大電流注入法，擁有因其成本低，易于實(shí)現(xiàn)，不直接侵入被測設(shè)備特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于汽車、飛機(jī)、航空、計(jì)算機(jī)等設(shè)備測試，逐漸成為電子設(shè)備的必測項(xiàng)目[2]．目前國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 33014.4-2016，詳細(xì)規(guī)定了道路車輛電氣/電子部件的大電流注入測試方法．

總體說來，大電流測試法是將電流鉗布置到與被測設(shè)備連接線路上，使與被測設(shè)備連接的電源線、負(fù)載線穿過電流鉗中心．信號(hào)源向電流鉗注入目標(biāo)強(qiáng)度的能量，產(chǎn)生一定的電磁場并以耦合的方式，在連接線束上感應(yīng)出騷擾電流．標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定注入鉗需布置在線束上的三個(gè)不同位置，觀察被測設(shè)備在規(guī)定騷擾強(qiáng)度下的功能狀態(tài)，判斷其是否滿足設(shè)計(jì)的電磁兼容性能．該方法主要包括替代法和閉環(huán)法．閉環(huán)法是在替代法的基礎(chǔ)上，加入實(shí)時(shí)監(jiān)控電流鉗，監(jiān)測被測線束中耦合的射頻電流．再通過其與目標(biāo)電流值比較，調(diào)整輸入的注入鉗的功率[3,4]．無論是替代法還是閉環(huán)法，在實(shí)驗(yàn)之前都需校準(zhǔn)目標(biāo)電流值．因此實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)確校準(zhǔn)電流至關(guān)重要．

3 校準(zhǔn)夾具的應(yīng)用

大電流注入法的校準(zhǔn)和測試原理一樣，校準(zhǔn)時(shí)將電流注入鉗放入特性阻抗為50Ω校準(zhǔn)夾具中．當(dāng)注入電流鉗產(chǎn)生交變磁場時(shí)，內(nèi)導(dǎo)體中的磁通量會(huì)發(fā)生改變，內(nèi)導(dǎo)體上將感應(yīng)出交流電流．校準(zhǔn)時(shí)調(diào)節(jié)注入電流鉗的功率，通過測量設(shè)備記錄感應(yīng)出電流，同時(shí)記錄達(dá)到設(shè)定電流值所需的功率．因此校準(zhǔn)夾具的性能，對(duì)校準(zhǔn)的電流起著至關(guān)重要影響．

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T33014.4-2016大電流注入法附錄A中，規(guī)定了校準(zhǔn)夾具的外形結(jié)構(gòu)，如圖1所示．校準(zhǔn)夾具由內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體兩部分組成．外導(dǎo)體由支撐底板、左右豎板、和上蓋板構(gòu)成，內(nèi)導(dǎo)體穿過注入探頭的耦合窗口中心，與左右兩個(gè)豎版相連．夾具左右兩端與N接頭相連．標(biāo)準(zhǔn)中未給出校準(zhǔn)夾具具體尺寸要求，僅要求夾具尺寸需與使用的注入電流鉗尺寸想匹配．當(dāng)電流鉗放入校準(zhǔn)夾具中時(shí)，夾具內(nèi)導(dǎo)體與電流鉗同心，共同構(gòu)成了同軸傳輸線模型．

3.1 同軸傳輸線理論

3.2 電流鉗和校準(zhǔn)夾具參數(shù)模型

根據(jù)磁耦合原理，參考變壓器電路模型，建立注入電流鉗和校準(zhǔn)夾具電路模型，如圖2所示．注入電流鉗相當(dāng)于一次側(cè)線圈，校準(zhǔn)夾具內(nèi)導(dǎo)體相當(dāng)于二次側(cè)接收線圈．

一次側(cè)等效電路圖中，U1為射頻信號(hào)源，R1為信號(hào)源特性阻抗50Ω，L1為電流鉗線圈的自感，La為電流鉗線圈的漏感，R2為電流鉗線圈內(nèi)阻，M1為電流鉗線圈和夾具內(nèi)導(dǎo)體之間的互感．二次側(cè)等效電路圖中L2為夾具內(nèi)導(dǎo)體的自感，R3為內(nèi)導(dǎo)體電阻，C1為內(nèi)導(dǎo)體與電流鉗之間的分布電容，C2為內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體的分布電容，R4為終端50Ω負(fù)載，R5為測量設(shè)備50Ω特性阻抗．

注：1. 絕緣襯墊，2. 蓋板，3. 注入電流鉗，4. N型連接頭（與50Ω測量設(shè)備連接），5. N型連接頭（與50Ω負(fù)載連接）

圖2 電流鉗和校準(zhǔn)夾具等效電路

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為了說明校準(zhǔn)夾具對(duì)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的影響，使用F-130A注入電流鉗，其耦合內(nèi)徑40mm，選擇在FCC和solar的CF-1，9125-1等不同型號(hào)校準(zhǔn)夾具中，進(jìn)行傳輸性能實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)搭建由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、校準(zhǔn)夾具、注入電流鉗和匹配負(fù)載組成．其中矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀作為激勵(lì)源，其輸出端連接校準(zhǔn)夾具左側(cè)端口，夾具另一端口連接50Ω匹配負(fù)載，注入鉗子端接50Ω匹配負(fù)載．實(shí)驗(yàn)布置示意如圖3所示．

圖4為不同間隙在校準(zhǔn)夾具帶載條件下，1-400 MHz頻段范圍內(nèi)傳輸性能駐波比．圖4中3條曲線分別為間距30mm，5mm，10mm校準(zhǔn)夾具傳輸性能．圖5為不同直徑內(nèi)導(dǎo)體校準(zhǔn)夾具帶載條件下，1-400 MHz頻段范圍的傳輸性能駐波比．圖中曲線1內(nèi)導(dǎo)體直徑為16mm，曲線2直徑19mm．

根據(jù)圖4的可知，曲線2為間距5mm校準(zhǔn)夾具駐波參數(shù)，與其它曲線相比最低．當(dāng)校準(zhǔn)夾具間隙的增大時(shí)，低頻段內(nèi)校準(zhǔn)系統(tǒng)的駐波比會(huì)增加．根據(jù)圖5的結(jié)果可知，曲線1為同軸傳輸系統(tǒng)匹配的校準(zhǔn)夾具駐波參數(shù)，與直接19mm內(nèi)導(dǎo)體直接校準(zhǔn)夾具相比，駐波比較低傳輸性能更優(yōu)．當(dāng)校準(zhǔn)夾具與注入電流鉗耦合直徑不匹配時(shí)，校準(zhǔn)系統(tǒng)中的傳輸性能駐波比會(huì)增加，出現(xiàn)失配現(xiàn)象，進(jìn)而增加注入的功率．

圖3 實(shí)驗(yàn)搭建示意圖

圖4 校準(zhǔn)夾具帶載不同間隙駐波比

圖5 校準(zhǔn)夾具帶載不同內(nèi)導(dǎo)體直徑駐波比

5 小結(jié)和發(fā)展趨勢(shì)

隨著電子信息化時(shí)代的到來，電子技術(shù)的快速發(fā)展，電子設(shè)備也帶來越來越多的電磁兼容問題，大電流注入法也被廣泛地應(yīng)用．其校準(zhǔn)夾具的傳輸有效性能會(huì)影響系統(tǒng)注入的騷擾功率，進(jìn)而影響抗擾度實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性．因此工程師和實(shí)驗(yàn)人員在進(jìn)行校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要關(guān)注校準(zhǔn)夾具的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體尺寸，選擇與電流鉗相匹配的校準(zhǔn)夾具，而不能僅片面的考慮校準(zhǔn)夾具的使用頻段覆蓋和可放入注入電流鉗情況．

[1] 李煒．關(guān)于汽車電磁兼容性的研究[J]．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009（02）：94+96．

[2] 錢文文，譚建蓉，李彪，等．大電流注入（BCI）測試方法研究[J]．自動(dòng)化與儀器儀表，2015（05）：159-161．

[3] 岳木林．汽車電子BCI測試方法比較分析[J]．電子質(zhì)量，2016（06）：24-26．

[4] 岳木林．汽車電子BCI法與空間輻射法等效性研究[J]．環(huán)境技術(shù)，2016，34（03）：9-12．

[5] 米進(jìn)財(cái)，余海濤，陳輝，等．PID算法在BCI系統(tǒng)校準(zhǔn)中的應(yīng)用及仿真驗(yàn)證[J]．安全與電磁兼容，2015（04）：67-69+89．

[6] 朱杭．車載CD機(jī)的電磁抗擾度仿真及優(yōu)化[D]．重慶理工大學(xué)，2018．

An Analysis of Calibration Fixture of Bulk Current Injection

YU Zhan, DING Huan, GONG Enzhong, HUANG Wu, SHAO Zhimin

（）

With the improvement of automobile electronization, people pay more and more attention to the reliability of its electronic components. As the main EMC test method, high current injection method is widely used in the reliability verification of various automotive electronic components. This paper starts with the principle of high current injection method, analyzes the principle of calibration fixture, and verifies the influence of calibration fixture size on calibration. It can provide reliable reference for design verification.

electronic magnetic compatibility; BCI; calibration fixture

G420

A

1672-0318（2022）01-0012-03

10.13899/j.cnki.szptxb.2022.01.003

2021-06-15

于湛，男，河北人，博士，講師，主要研究方向：汽車電子產(chǎn)品檢測．

（責(zé)任編輯：羅歡）