UPS电磁兼容性能及其检测技术介绍

BeardRen

摘要：不间断电源设备（UPS）作为一种高品质电源，被广泛应用于各个对电网可靠性要求较高的行业中。随着工业用电源技术的不断发展，对UPS电磁兼容（EMC-Electromagnetic Compatibility）性能及其检测技术也提出了更高的要求。本文结合UPS的EMC检测相关的国际国内标准，系统地介绍UPS的电磁干扰（EMI-Electromagnetic InteRFerence）和电磁敏感度（EMS-Electromagnetic Susceptibility）的测试要求，并给出有效的解决方案。
3 V$ u; y: L1 X9 K- }关键词：UPS，电磁兼容，电磁干扰，电磁敏感度
引言
9 }3 @% \: s! O. x7 K7 Q不间断电源设备（UPS）是一种恒频、稳压、纯净、不间断的高品质电源，随着现代信息技术的高速发展，它的重要性越来越明显，尤其是在电信、银行、电力、交通、金融以及国防等对电网的可靠性要求较高的行业。UPS是个特殊的设备，既是电网的负载，又要给负载提供电源，其电磁兼容（EMC-Electromagnetic Compatibility）性能既要保证它不对电网造成电磁污染，又要保证它提供给负载的是一个稳定可靠的电源。因此，综合地从UPS的电磁干扰（EMI-Electromagnetic Interference）和电磁敏感度（EMS-Electromagnetic Susceptibility）角度进行电磁兼容特性的测试和评价显得至关重要。
! C, T" I0 h4 p; g' t# p针对UPS产品的特点，UPS的电磁兼容主要包含电源的输入及输出传导干扰、电源的辐射干扰和UPS的抗干扰特性。目前UPS的EMC要求的专用标准为GB 7260.2-2009/IEC 62040-2:2005 [1]。另外根据测试项目的不同需参照对应的标准，各标准中规定了各个频段各种类型电气电子设备的骚扰发射限值和抗扰性要求、明确了相应的试验方法及测量用仪器设备要求。
/ X/ Q5 a; h& T0 r6 f4 m1、UPS的EMC检测方案
UPS的EMC性能包括EMI和EMS，EMI要求UPS在正常运行过程中对所在环境及其它事物(包括设备和系统)产生的电磁干扰不能超过一定限值；EMS特性要求UPS系统本身在电磁骚扰情况下运行性能要稳定，如具有抗雷击、静电、振铃波等干扰的能力。对于不同的EMC特性，标准的测试要求不同，须选择专业的测试方案进行测试，具体测试项目参见表1。
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6 m4 {, @1 r, j表1、UPS的EMC测试项目
3 K# m& c& A- ]8 T( o( q+ r2、UPS的EMC性能测试说明
( O: Q! v- a/ F. k# ^& `; j, s2 ?以下仅举几个对UPS较为典型的EMC性能测试加以说明。
, l: v: f( ]5 O8 ]  W辐射骚扰检测
( r/ L) r  F8 n$ TUPS中有变压器、电感、开关管、整流管等非线性器件，由于寄生电容的影响很容易形成共模电流。闭合的电流回路会产生磁场，同时又会伴随辐射电场。UPS作为一个干扰源，工作过程中会向周围空间发射辐射骚扰，UPS中的辐射骚扰会影响周边一些高灵敏度的电器正常工作。辐射骚扰试验就是用来评估其辐射骚扰程度。根据GB 7260.2-2009/IEC 62040-2:2005[1]等UPS专用标准要求以及GB 4824-2004/CISPR11:2003[2]等基础标准，需在30MHz-1GHz频率范围内测量UPS空间辐射的电场分量。图1（左）和图1（右）分别为典型的UPS辐射发射测量原理和包括电波暗室在内的测量系统，在相关标准要求基础上，该系统频率测量范围已拓宽至3GHz，以满足更高的测试需求。

+ r& A7 C8 p/ g! f2 e图1、UPS辐射发射测量原理图（左）和测量系统（右）
电源端子传导骚扰检测
UPS工作时除了通过空间对周围环境产生辐射骚扰，还会通过电源线向电网产生骚扰。若UPS电源端子存在高幅值的传导骚扰，极可能导致同一电网的计算机等信息技术设备受到干扰，导致信息设备数据丢失等问题。GB 7260.2-2009/IEC 62040-2:2005[1]和GB/T6113.201-2008/CISPR 16-2-1:2003[3]等标准对UPS沿着电源线向电网发射的骚扰电压的限值和测量方法做出了明确要求。图2为杭州远方公司根据标准要求设计的测量用系统，测量在屏蔽室内进行，系统主要由人工电源网络和EMI接收机组成，测量频率范围达到10Hz-30MHz，覆盖了标准要求的150kHz-30MHz。
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图2、UPS电源端子传导骚扰测量系统
8 ~0 p! Q6 i4 D  G8 |4 g4 {辐射抗扰度检测
电磁辐射现象无所不在，如无线电台、移动无线电发射机及各种工业电磁辐射源，甚至荧光灯具在工作时都会产生电磁辐射。这些辐射将对工作中的UPS产生影响，严重时将导致UPS出现故障或性能受损。电磁场辐射抗扰度试验就是用来评估受试设备对来自空间的辐射电磁场抗扰度，GB/T 17626.3-2006/IEC61000-4-3:2006[4]和GB 7260.2-2009/IEC 62040-2:2005[1]等标准明确UPS对周围辐射干扰最低抗扰度要求、测试方法和设备要求。图3（左）和图3（右）分别为典型的辐射抗扰度测量原理和测试用系统，可完全满足上述基础标准和UPS专用标准的测试要求。

图3、UPS辐射抗扰度测试原理图（左）和测试系统（右）
9 S( M4 R: I  E, c# q静电放电抗扰度检测
静电放电试验模拟了操作人员直接触摸UPS时对设备的放电以及放电对设备工作的影响，或操作人员在触摸邻近设备时对所关心设备的影响。累计的静电电荷会产生高达几千伏的电压，一方面会引起UPS中半导体等器件的损坏，造成设备永久性失效，也会引起UPS近场电磁场变化，造成设备的误动作。图4为杭州远方公司根据GB/T 17626.2-2006/IEC61000-4-2: 2008[5]和GB 7260.2-2009/IEC 62040-2:2005[1]等标准要求设计的EMS61000-2A UPS静电放电测试系统，最高静电电压可达30kV，涵盖标准4kV接触放电、8kV空气放电测试要求。
4 F8 o/ P9 P' E- J2 ]图4、UPS静电放电分析测试系统
浪涌（冲击）抗扰度试验
UPS除了作为骚扰源外还可以起到隔离作用，可以将瞬间间断、电压波动等电网干扰阻挡在负载之前，不仅可以使负载对电网不产生干扰又可以使电网中的干扰不影响负载，从而起到良好的隔离作用。自然界的雷击、电源系统切换、设备接地网或接地系统间的短路等都可能会对该环境下UPS形成浪涌冲击，若UPS不具备良好的浪涌（冲击）抗扰度不但不能起到隔离作用严重时还会导致设备失灵和损伤。因此GB/T 17626.5-2008/IEC 61000-4-5:2005[6]和GB 7260.2-2009/IEC 62040-2:2005[1]等标准对UPS的抗浪涌冲击性能检测和评估作出了明确规定。UPS雷击浪涌测试用系统如图5所示，系统主要设备为杭州远方公司EMS61000-5G全自动多功能雷击浪涌发生器，它在受试设备供电电源上耦合一个浪涌尖峰，最高值可达15kV，浪涌电压的波前时间和半峰值时间为1.2μs/50μs，为浪涌抗扰度性能测试提供一个准确、理想的依据。

图5、UPS雷击浪涌测试系统
5 v% V. M4 D* }+ |0 W3、小结
随着UPS技术的不断发展，对其EMC测试的标准也日趋完善，相应的测试设备也亦发展成熟。UPS厂商应按照产品特点，根据国际国内标准的发展要求，选择相应的检测方案对UPS的特性进行全面表征和评价，这不仅可以提高UPS整体质量，还有利于进一步规范UPS产品的发展。
6 R4 d+ e* u2 M参考文献：
[1] GB 7260.2-2009/IEC 62040-2:2005, 不间断电源设备（UPS） 第2部分：电磁兼容性（EMC）要求, 2009.
[2] GB 4824-2004/CISPR11:2003, 工业、科学和医疗（ISM）射频设备电磁骚扰特性 限值和测量方法, 2004.
0 J2 B7 i: v( @: Q( r/ ?[3] GB/T 6113.201-2008/CISPR16-2-1:2003, 无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范 第2-1部分：无线电骚扰和抗扰度测量方法 传导骚扰测量, 2008.
[4] GB/T 17626.3-2006/IEC 61000-4-3:2006, 电磁兼容 试验和测量技术 第3 部分：射频电磁场辐射抗扰度试验, 2006.
[5] GB/T 17626.2-2006/IEC61000-4-2:2008, 电磁兼容 实验和测量技术 静电放电抗扰度试验, 2006.
[6] GB/T 17626.5-2008/IEC 61000-4-5:2005, 电磁兼容 试验和测量技术 浪涌（冲击）抗扰度试验, 2008.
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Balata

UPS是个特殊的设备，既是电网的负载，又要给负载提供电源