2. 传导发射的物理本质与标准体系
传导发射(Conducted Emission,CE)讨论的是被测设备通过线缆、电源端口或信号端口向外传导的射频骚扰。要真正理解限值、测试布置和后续整改,必须先回到物理本质:线缆上到底流过了什么电流,这些电流如何形成,又为什么会在 LISN 的测量端口上表现为某个电压。
一、差模与共模:两种电流,两种回路
在电源线对(如 L 与 N,或正极与回流线)上,任何瞬态或周期性骚扰电流都可以分解为差模分量和共模分量。差模电流(IDM)在两条线中大小相等、方向相反,去程与回程构成一个闭合的差模回路;共模电流(ICM)在两条线中大小相等、方向相同,它把两条线当作“去路”,把参考地(机壳、接地平面、大地)当作“回路”。
用线路电流表示:设 L 线电流为 IL,N 线电流为 IN,则
I_DM = (I_L − I_N) / 2
I_CM = (I_L + I_N) / 2
反过来,IL = ICM + IDM,IN = ICM − IDM。这个分解关系是理解 LISN 测量结果的关键:LISN 在每个端口对地呈现 50 Ω,因此它测到的其实是每条线对地的共模电压与差模电压的叠加。
二、产生机理:开关动作与寄生参数
差模电流的主要来源是开关电源的脉冲电流。以反激变换器为例,MOSFET 开通时,输入电容、变压器初级和开关管构成高频脉冲回路,di/dt 很大,回路中的寄生电感产生压降,形成差模骚扰。差模电流的回路面积小、频率相对较低,通常在 150 kHz~几 MHz 段占主导。
共模电流的主要来源是快速电压跳变(dv/dt)通过寄生电容的位移电流:
i_CM = C_parasitic × dv/dt
开关节点对散热器、变压器绕组对磁芯、PCB 铜箔对机壳都存在寄生电容。当开关节点电压在几十纳秒内跳变数百伏时,位移电流会经寄生电容流入机壳和地线,再经 LISN 回到源端,形成共模回路。共模电流路径长、易形成天线效应,频率可延伸到几十 MHz,是辐射发射和传导发射高频段的主要贡献者。
实际测量中,150 kHz~1 MHz 往往差模为主,1~10 MHz 差模与共模并存,10 MHz 以上通常共模占主导。整改时若只加 X 电容(抑制差模)而高频段仍超标,就要考虑共模路径。
三、标准体系:CISPR 16 是“尺子”,CISPR 25 与 GB/T 18655 是“限值”
传导发射测试涉及两类标准:一类规定测量方法与测量设备,另一类规定限值。CISPR 16 属于前者,它定义了骚扰测量接收机、LISN、电压探头、电流探头、天线等测量设备的特性,以及测试布置、检波方式(准峰值、平均值、峰值)和测量不确定度。CISPR 16-1-2 专门规定传导骚扰测量用的 LISN 和电压探头,CISPR 16-2-1 规定传导骚扰测量方法。可以说,CISPR 16 是“尺子”,没有它,不同实验室的测量结果无法比对。
CISPR 25 是车辆、船和内燃机驱动装置的无线电骚扰特性标准,适用于车载电子零部件。它规定的传导发射测试频段通常为 150 kHz~108 MHz,其中 150 kHz~30 MHz 主要用 LISN 或电压法测量电源线传导发射,30 MHz~108 MHz 更多涉及电流探头法。CISPR 25 将限值分为等级 1~5,等级 5 最严,等级 1 最宽松,整车厂会根据安装位置和功能安全等级选择不同等级。
GB/T 18655 是 CISPR 25 对应的国家标准,全称为《车辆、船和内燃机 无线电骚扰特性 用于保护车载接收机的限值和测量方法》。它等同采用 CISPR 25,因此限值曲线、频段划分、等级定义与 CISPR 25 一致。国内零部件供应商做传导发射测试时,通常以 GB/T 18655 作为验收依据,但主机厂可能直接引用 CISPR 25 或在其基础上加严。
| 标准 | 性质 | 核心内容 | 典型频段 |
|---|---|---|---|
| CISPR 16 | 基础方法标准 | 接收机、LISN、探头、检波方式、布置 | 9 kHz~18 GHz(通用) |
| CISPR 25 | 产品限值标准 | 车载零部件传导/辐射发射限值,等级 1~5 | 150 kHz~108 MHz |
| GB/T 18655 | 国家标准 | 等同采用 CISPR 25,国内验收依据 | 150 kHz~108 MHz |
四、限值怎么读:等级、检波与频段
以 CISPR 25 电源线传导发射为例,限值通常以 dBμV 表示,随频率变化呈阶梯状。150 kHz~530 kHz 段限值较宽松,530 kHz~1.8 MHz 段逐步收紧,1.8 MHz~30 MHz 段又有所放宽。等级 5 在 530 kHz~1.8 MHz 可能要求低于 40 dBμV(准峰值),而等级 3 可能允许 60 dBμV 左右。具体数值必须查标准原文,不能凭记忆。
检波方式直接影响读数:峰值检波最快但读数最高,准峰值检波兼顾幅度和重复频率,平均值检波读数最低。CISPR 25 通常要求同时满足准峰值和平均值限值,测试报告需注明检波方式。若用峰值检波预扫,发现余量不足 6 dB 时,必须改用准峰值和平均值复测确认。
五、从机理到整改的对应关系
理解差模/共模机理后,整改方向就清晰了:差模超标优先在差模回路中增加 X 电容、差模电感,减小脉冲回路面积;共模超标优先增加共模电感、Y 电容,缩短共模电流回流路径,降低开关节点对机壳的寄生电容。若 150 kHz~1 MHz 超标,先查差模;若 10 MHz 以上超标,先查共模。用电流探头分别卡住 L 和 N,或使用差模/共模分离器,可以快速判断主导分量。
标准限值是验收门槛,物理机理是整改依据。把两者结合起来,才能在看懂测试曲线后,准确判断问题出在哪个回路、哪个频段、哪种电流,而不是盲目加电容、换电感。