1、1 印行年月94年10月 本標準非經本局同意不得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 類號 電磁相容測試與量測技術第 4部:電性快速暫態/叢訊的免疫力測試 ICS:33.100 14676-4 C6424-4 經濟部標準檢驗局印行 公布日期 修訂公布日期 91年9月23日 年 月 日 Electromagnetic compatibility (EMC) - Testing and measurement techniques- Prat 4:Electrical fast transient/burst immunity test 目錄 1. 適用範圍2 2. .引用標準2 3. 概述2 4
2、. 名詞釋義2 5. 測試位準3 6. 測試設備4 7. 測試配置7 8. 測試程序10 9. 測試結果的評估11 10.測試報告12 圖 1 13 2 13 3 14 4 15 5 16 6 17 7 18 8 19 9 20 10 21 11 22 12 23 附錄 附錄A 24 (共26頁) 2 CNS 14676-4 , C 6424-41 適用範圍 在本標準規定電機、電子設備對重複電性快速暫態的免疫力要求和測試方法，此外也定義測試嚴酷度的範圍和建立測試程序。 本標準的目的是要建立一共同且可再現的準則，以評估電機、電子設備在電源、信號和控制部分遇到重複快速暫態（叢訊）時的性能。 本測試
3、係說明在遇到暫態干擾的型態 (例如：一些電開關暫態所引起（電感性負載的中斷，繼電器接觸跳開等） )時電機、電子設備的免疫力。 本標準定義： 測試電壓波形； 測試嚴酷度的範圍； 測試設備； 測試配置； 測試程序。 本標準規定在“實驗室”中測試和“現場測試” (亦即在安裝後的設備測試 )的規格。 本標準並不規定特別的儀器或系統應用的測試方法，其主要目的是對所有相關產品訂定一般的原則參照。 2. 引用標準 CNS 14299 電磁相容性詞彙 【 IEC 60050(161)】 CNS 3622 環境試驗法 (電氣、電子 )通則 【 IEC 60068-1】 3. 概述 重複快速暫態測試是包括數個快速
4、暫態叢訊的測試，此叢訊耦合到電機、電子設備電源供應控制和信號部分，在測試中有意義的部分為短暫上升時間，重複率和暫態的低能量。 4. 名詞解釋 基於本標準的目的，適用下列定義。 4.1 EUT：待測設備。 4.2 埠 (port)：待測設備和外部電磁環境的特別介面。 4.3 EFT/B：電性快速暫態 /叢訊。 3 CNS 14676-4 , C 6424-4 4.4 耦合 (coupling)：在電路間的交互作用，能量由一個電路轉換至另一個電路。 4.5 耦合網路 (coupling network)：為了將能量由一個電路轉換到另一個電路之電路。 4.6 去耦合網路 (decoupling ne
5、twork)：為了避免 EFT 電壓加在待測設備時，影響其它不是待測的裝置設備或系統的電路。 4.7 耦合夾具 (coupling clamp)：對於待測設備的電路干擾信號的共模耦合裝置，定義其尺寸和特性，不需經任何的電性連接。 4.8 接地平面 (參考平面 )(ground (reference) plane)：一平坦導電的表面，做為共同的參考電位。 CNS14299 編號 161-04-36 4.9 電磁相容 (electromagnetic compatibility (EMC)：設備或系統在其所使用環境，不會造成電磁擾動的影響，也不會被電磁擾動影響功能的能力。 CNS14299 編號
6、161-01-07 4.10 免疫力（對干擾） (Immunity (to a disturbance)：裝置、設備或系統在電磁干擾的環境中操作，功能不會劣化的能力。 CNS14299 編號 161-01-20 4.11 劣化 (degradation (of performance)：任何裝置、設備或系統其所要使用的功能，在操作時其功能並未達到要求。 CNS14299 編號 161-01-19 備考： ”劣化 ”一詞可適用於暫時或永久失效。 4.12 暫態 (transient)：相鄰兩穩態間的現象或量的變化，其時間與整個時間比較而言是短的。 CNS14299 編號 161-02-01 4.
7、13 上升時間 (rise time)：在極短時間內的時間在脈衝開始達到 10至 90之間隔時間。 CNS14299 編號 161-02-15 4.14 叢訊 (burst)：一個有限數量可區分脈衝序列或在有限時間內的振盪。CNS14299 編號 161-02-07 5. 測試位準 表 1 中訂定對電性快速暫態測試較優先採用的位準範圍，可適用於設備的電源供應，保護性接地信號和控制埠。 4 CNS 14676-4 , C 6424-4表 1 測試位準 開路輸出測試電壓（ 10）和脈衝的重複率（ 20） 電源供應埠及保護接地 在 I/O 信號、資料和控制埠 位 準 電壓峰值 kV 重複率 kHz
8、電壓峰值 kV 重複率 kHz 1 2 3 4 X(1) 0.5 1 2 4 特定 5 5 5 2.5 特定 0.25 0.5 1 2 特定 5 5 5 5 特定 註 (1)：“ X”是一開放值，此值必須規定在設備規格中。 這開路輸出電壓將會顯示在 EFT/B 產生器，嚴酷度的選擇，參照附錄 A。 6. 測試設備 6.1 測試產生器 測試產生器簡圖如圖 1 中所示。 測試產生器的主要元件如下： 高壓源； 充電電阻； 儲能電容； 火花間隙； 脈衝期間調整電阻； 阻抗匹配電阻； 直流阻隔電容。 6.1.1.快速暫態 /叢訊產生器的特性 具 1000 負載之輸出電壓範圍至少應在 0.25 kV 至
9、4kV。 具負載之輸出電壓範圍至少應在 0.125 kV 至 2kV。 特性： 極性：正 /負 輸出型式：同軸，50 直流阻隔電容： 10nF20 5 CNS 14676-4 , C 6424-4 重複頻率：所選擇測試位準之功能 (參照表 2)20 相關電源供應：非同步。 叢訊持續時間： 15ms20（參照第 6.1.2 節和圖 2） 叢訊週期： 300ms20（參照第 6.1.2 節和圖 2） 脈衝之波形 進入 50負載：上升時間 tr=5ns30 持續時間 td（ 50） =50ns30 峰值電壓 =表 2 之值 10 進入 10000負載：上升時間 tr=5ns30 持續時間 td（ 5
10、0） =50ns(許可差為 -15ns 至 +100ns 峰值電壓 =表 2 之值1015+(參照表 2 備考 2) 測試負載阻抗： 50 2 1000 2 6pF。電阻量測係在直流時行。電容量測則以電容計於低頻時進行之。 備考 :信號源阻抗可以經由輸出脈衝的峰值分別在沒有負載和 50負載下測量。 6.1.2 快速暫態 / 叢訊產生器的特性驗證 為了對所有產生器建立一共同之參考，測試產生器之特性必須予以驗證，基於此目的，應依下列程序進行。 測試產生器輸出分別遲接至 50及 1000之同軸端，且以示波器觀 察電壓。量測設備的 -3dB 頻寬測試負載阻抗至少為 400MHz，在 1000之測試負載
11、阻抗可能成為一複數網路。觀察在一個叢訊內上升時間、脈衝持續時間和脈衝的重複率。 下列 EFT/B 產生器之特性應在具有 50及 1000端之 EFT/B 產生器上進行量測。 備考：必須進行量測以確保雜散電容為最小。 6 CNS 14676-4 , C 6424-4表 2 脈衝重複率及輸出電壓之峰值 設定電壓 kV VP(開路 ) kV VP(1000 ) kV VP(50 ) kV 重複頻率 kHz 0.25 0.25 0.24 0.125 5 0.5 0.5 0.48 0.25 5 1 1 0.95 0.5 5 2 2 1.9 1 5 4 4 3.8 2 2.5 備考 1.使用 1000負載
12、電阻將自動導致比設定電壓低 5之讀值 (如表中所示之 VP欄。在 1000時之 VP讀值 = VP(開路 )10501000(此為測試負載對1000 (總電路阻抗 )+ 50之比值 )。第 6.1.1 節所規定之電壓許可差係參照表 2 之 VP(1000 ) 欄。 2.加上 50負載，其所量得之輸出電壓為未加負載之 0.5 倍，如表所示。 6.2 對交流 /直流主電源的耦合 /去耦合網路 此網路提供待測設備的電源供應埠在不對稱的條件下，所應用測試電壓的能力，電路圖 (例如三相的主電源供應 )係參照圖 4。 特性： 頻率範圍： 1MHz 到 100MHz 耦合電容： 33nF 耦合衰減： 20d
13、B 在每條線或其它線之間在網路上的串音衰減： 30dB 耦合電容的絕緣抵抗能力： 5kV(測試脈波： 1.2/50s) 6.3 電容性耦合夾具 在沒有任何電氣連接 (galvanic connection)至待設設備終端的各埠，隔離電纜或待測設備的其他任何部分情況下，此夾具提供耦合快速暫態 /叢訊至待測電路的能力。 夾具的耦合電容性是依其直徑、電纜的材質和屏蔽 (如果有 )而定。 7 CNS 14676-4 , C 6424-4 此裝置是由夾具 (由鍍鋅銅、黃銅、銅或鋁 )組合，以放入待測電路的電纜 (扁平或圓形 )，且必須在最小 1 m2的接地平面上，參考接地必須在每一邊延伸超過夾具至少 0
14、.1m。 此線的兩端必須能提供高電壓同軸連接器，以使得任何一端能連接到測試產生器，產生器必須能連接到最靠近待測設備的夾具端。 夾具本身必須儘可能接近在電纜和夾具產生最大耦合電容性的地方。耦合夾具之機械配置如圖 5 所示，且決定其特性 (例如頻率響應等等 )。 特性： 在電纜和夾具間的典型耦合電容性： 50pF 到 200pF。 圓形電纜的可使用直徑範圍： 4mm 到 40mm。 絕緣抵抗能力： 5kV(測試脈波： 1.2/50s) 符合性測試需要使用夾具的耦合方法，其設計為用於連接到 I/O 和通信埠的線，但如果在第 6.2 節所定義的耦合 /去耦合網路無法使用，則亦可使用在交流 /直流電源供
15、應埠上。 其它耦合方法 (例如耦合 /去耦合網路 )依照產品標準，亦可被使用。 7. 測試配置 可區分成兩種不同的測試類型： 在實驗室執行的測試類型； 在設備最後安裝的情況執行現場測試。 較優先採用的測試方法是在實驗室執行測試，待測設備必須依照製造商的使用手冊來配置。 7.1 測試設備 測試配置包括下列的設備 (參照圖 6)： 接地參照平面； 耦合裝置 (網路或夾具 )； 去耦合網路； 測試產生器包括校正或測量的方法。 7.2 在實驗室執行的測試配置 7.2.1 測試條件 8 CNS 14676-4 , C 6424-4下列要求適用於在實驗室中執行依第 8.1 節中規定環境參考條件之測試。 待
16、測設備必須置於接地參考平面上，且必須以 0.1m0.01m 厚的絕緣支撐隔離，對桌上型的設備，待測設備必須置於在接地平面上 0.8m0.08m(參照圖7)。 參考接地平面必須是一個最少 0.25m 厚的金屬片 (銅或鋁 )；其他的金屬材質也可以使用，但必須有至少 0.65mm 的厚度。 接地平面的最小尺寸為 1m 1m。實際的大小和待測設備的大小有關。 參考接地平面必須超出待測設備每一邊投影面積至少 0.1m 以上。 參考接地平面必須連接到保護性接地上。 待測設備必須依照設備安裝的規格配置和連接，以符合功能的要求，在待測設備和所有其它導電結構的最小距離 (例如屏蔽室的牆 )，除了在待測設備下的
17、接地平面，其它必須超過 0.5m。 待測設備必須依照製造者的安裝規格連接到接地系統；不容許另外的接地連接。 測試設備的接地電纜到接地參考平面的連接和所有的搭接，必須要有最小的電感性。 耦合裝置必須用於測試電壓，其必須耦合到待測設備和去耦合網路之間的線，或在測試中兩個設備之間的去耦合網路。 使用耦合夾具，在耦和平板和所有導電性結構之間的最小距離，除了在耦和夾具和待測設備下的接地平面，其它必須距離 0.5m。 在耦合裝置和待測設備之間的信號和電源線的長度必須為 1m 或少於 1m。 如果製造者在設備上提供一條超過 1m 不可分離的電源電纜，則必須以扁平捲成 0.4m 直徑且放在接地參考平面一方 0
18、.1m 距離，在待測設備和耦合裝置間的 1m 或少於 1m 距離則必須保持。 對實驗室測試的測試配置的範例是如圖 7 所示。 7.2.2 待測設備測試電壓的耦合方法 測試電壓必須用在下列不同型式的待測設備之線或埠上。 (1) 電源供應埠 對 EFT/B 擾動電壓，經由耦合 /去耦合網路直接耦合的測試配置範例如圖8 所示。 9 CNS 14676-4 , C 6424-4 如果線上的電流比耦合 /去耦合網路所規定的電流能力還高，例如大於100A 時，則測試電壓必須依照圖 10、經由 33nF 耦合電容加到待測設備上。 (2) I/O 和通信埠 在圖 7 和圖 9 中所顯示的範例，為如何使用電容性
19、耦合夾具作為 I/O 和通信埠的擾動測試電壓的應用。 (3) 機殼的接地連接 在機殼的測試點必須作為保護性接地的端點。 測試電壓必須經由耦合 /去耦合網路使用於保護性接地，參照圖 8。 7.3 安裝後測試的配置 這些測試是選擇性且沒有強制要做審驗的測試，可能僅使用在製造者和顧客之間的協議，必須考慮到其它共同放置的設備可能造成的影響。 設備或系統必須在最後的安裝情況下測試，為了儘可能模擬實際的電磁環境，安裝後測試必須在沒有耦合 /去耦合網路下執行。 如果在測試程序中，非待測設備的設備或系統會很嚴重的影響，則使用者和製造者之間可協議使用去耦合網路。 7.3.1 在電源供應端和保護接地端的測試 固定
20、式落地設備 測試電壓必須在參考接地平面和每一個電源供應端 (A.C.或 D.C.)上實施，以及在待測設備的機殼作為保護性或功能上的接地端。 測試配置參照圖 10。 一個大約 1m 1m(在第 7.2.1 節中所描述 )的參考接地平面，必須裝在靠近待測設備且連接到電源供應插座上的保護接地點上。 EFT/B 產生器必須放在參考平面上，由 EFT/B 產生器的同軸輸出到待測設備的終端上的火線長度不可超過 1m。 連接必須用非屏蔽但有良好絕緣的線，如果必須使用 A.C./D.C.的阻隔電容，則其容值為 33nF，所有其它待測設備的連接必須依照其功能的要求。 非固定安裝的待測設備可經由有彈性的電源線和插
21、頭來連接，測試電壓必須在電源供應的每一端和在待測設備所要連接到的保護接地點測試 ( 參照圖11)。 7.3.2 在 I/O 和通訊埠上的測試 10 CNS 14676-4 , C 6424-4線之間測試電壓的耦合可能必須使用電容耦合夾具，但如果由於機械問題 (尺寸、電纜繞線 )以致於夾具無法使用在電纜上，則可使用膠帶或導電金屬箔包裹所要測的線，此種用金屬箔或膠帶的耦合配置電容性必須和標準的耦合夾具相同。 在其它的例子中，經由分離的 100pF 電容取代夾具或金屬箔或膠帶配置的分配電容性，耦合 EFT/B 產生器到線的一端上也是有效。 測試產生器同軸電纜的接地端必須和耦合點很接近，對同軸或屏蔽通
22、信線的接頭是不須作測試電壓。 測試電壓的應用，必須使設備的屏蔽保護不會減低，更進一步的解釋參照圖12。 由分離電容耦合的配置所得到的測試結果，可能和耦合夾具或金屬箔耦合所得的結果不相同，因此在第 4 節中所規定的測試位準，可由製造者和使用者之間相互協定修正，以便能考慮有意義的安裝特性。 8. 測試程序 測試程序包括： 實驗室參照條件的驗證； 測試設備的正確操作的初步驗證； 測試的執行； 測試結果的評估。 8.1 實驗室參考條件 為了減低環境參數對測試結果的影響，測試必須參照第 8.1.1 節和第 8.1.2 節中所規定的氣候和電磁參照條件下執行。 8.1.1 氣候條件 除非標準委員會在一般或產
23、品標準有其它的規定，在實驗室中的氣候條件，必須在待測設備操作以及所使用的測試設備製造商所規定的限制範圍內。 如果相對溼度高到引起待測設備或測試設備凝結，則不可執行測試。 備考：此處所考慮的是要有足夠的證據來證明在本標準中涵蓋的現象效應是受到氣候條件的影響，此點會受到訂定本標準的委員會注意。 8.1.2 電磁條件 實驗室的電磁條件必須確保待測設備的正確操作，而不會影響到測試結果。 11 CNS 14676-4 , C 6424-4 8.2 測試的執行 測試必須以測試計畫為其基礎來執行，包括技術規格中所訂定的待測設備之性能驗證，待測設備必須在正常的操作條件下操作。 測試計畫必須規定下列項目： 所要
24、執行的測試類型； 測試位準； 測試電壓的極性 (兩個極性皆要測試 )； 內部或外部的產生器驅動； 測試的持續時間至少 1 分鐘； 測試電壓的施加次數； 待測設備被測試的埠； 待測設備代表性的操作條件； 測試電壓施加至待測設備之埠的順序；一個接一個或至屬於超過一個電路的電纜等等； 附屬設備。 測試計畫必須由製造商或測試實驗室 / 使用者之間的協定，但無論如何測試位準不能超過產品的規格。 9. 測試結果的評估 測試結果必須依待測設備的功能喪失或劣化來分類，可參考由製造商或測試者要求訂定性能的位準，或由製造商和產品的採購者協商，建議的分類如下。 (a)在製造商和採購者所定的規格要求內性能正常； (b
25、)性能暫時喪失或劣化的情形在干擾源終止後也停止，而且不需要操作者處理即可自行恢復正常功能； (c)暫時的劣化或性能的喪失，需要操作人員處理或系統重新設定方能恢復； (d)性能的劣化或喪失，是因硬體或軟體的損壞或是因資料流失，以致無法恢復。 製造商的規格定義為對待測設備可被忽略和可接受的影響。 分類可以使用在性能判斷上做為指引。 由訂定一般產品和產品家族標準的委員會或製造商和採購者之間協調性能標準，例如沒有適合的一般、產品、產品家族標準存在。 12 CNS 14676-4 , C 6424-410. 測試報告 測試報告必須包含可複製此測試所有必須的資訊，特別必須記錄下列項目： 本標準第 8 節所
26、要求測試計畫中規定之項目； 待測設備和任何伴隨的識別，例如廠牌、型號、序號； 測試設備的識別，例如廠牌、型號、序號； 在測試執行時任何特別的環境條件，例如屏蔽室； 能夠執行測試的任何必須的特定條件； 由製造商、採購者所訂定的性能位準； 在一般產品或產品家族標準中規定的性能要求； 在測試干擾施加的時候所觀察到在待測設備上任何的效應和這些效果存在時； 符合/不符合決定的理由(基於在一般、產品或產品家族標準中所規定的性能判斷標準或由製造商和採購者之間協調)； 使用的任何特定條件，例如電纜長度或型式、屏蔽或接地或待測設備操作條件，必須使用以符合測試。 13 CNS 14676-4 , C 6424-4
27、 圖 1 快速暫態叢訊產生器的簡化電路 U=高電壓源 Rc=充電電阻 Cs=儲能電容 Rs=脈衝期間調整電阻 Rm=阻抗匹配電阻 Cd=D.C.阻隔電容 圖 2 快速暫態叢訊產生器的一般圖形 14 CNS 14676-4 , C 6424-4圖 3 15 CNS 14676-4 , C 6424-4 16 CNS 14676-4 , C 6424-4 17 CNS 14676-4 , C 6424-4 18 CNS 14676-4 , C 6424-4 19 CNS 14676-4 , C 6424-4 20 CNS 14676-4 , C 6424-4 21 CNS 14676-4 , C
28、6424-4 22 CNS 14676-4 , C 6424-4 23 CNS 14676-4 , C 6424-4 24 CNS 14676-4 , C 6424-4附錄 A 暫態 /叢訊產生器的解釋和測試位準的選擇 經過長期的電機、電子設備免疫力測試所收集的經驗顯示，電器和電磁擾動的測試設備要包括足夠寬的範圍。 測試模擬必須要具有高重複頻率的快速暫態，在 EMC 的專家中都很了解這個知識，且許多公司已經發展如此的快速暫態測試。 但問題是測試產生器的相關參數和測試配置有很大的不同，測試結果彼此沒有很大的關聯，此情形會造成一個問題，如果設備有不同的免疫力位準，和由不同的製造者在所給定的電磁環境
29、中組成一個系統。 A.1 快速暫態 /叢訊產生器 為了消除不同測試產生器的分歧特性，可能引起的模糊，需要標準的校正或測試程序，快速暫態 /叢訊以 50電阻性負載的應用 (頻率響應達到 400MHz)，必須測量測試產生器的相關特性。 由於在 1kV 以下，火花間隙機械和電氣的不穩定，在 2kV 以下的測試電壓可以經由電壓分配器來獲得。 叢訊的實際現象，其發生的個別脈衝的重複率由 10kHz 到 1MHz，但是，廣泛的研究顯示，對使用固定調整的火花時間隙的產生器，較困難複製相對高的重複率。 因此較低的重複率 (但有代表性的個別脈衝 )已經規定於第 6.1.2 節。 依照所選擇的測試位準的脈衝重複率
30、，要考慮火花間隙電氣迴路特別的動作。 A.2 測試位準的選擇 測試位準必須依照最真實的安裝和環境條件來選擇，這些位準的要點是在本標準中的第 5 節說明。 免疫力的測試和環境中設備預期操作下所要建立的性能位準有關。 對所要測試待測設備的 I/O 控制信號和資料埠使用在電源供應埠一半的測試電壓，基於一般安裝的實務上，對 EFT/B 測試的測試位準的選擇，依照電磁環境的要求建議如下 位準 1:良好保護的環境： 安裝具有下列的特性： 在開關電源供應和控制電路都有對 EFT/B 的抑制； 25 CNS 14676-4 , C 6424-4 在電源供應線上 (交流和直流 )和控制之間的隔離及測量電路，是來
31、自其它屬於較嚴苛位準的環境； 屏蔽的電源供應電纜，在兩端皆有金屬網連到安裝的參照接地，電源供應經由濾波保護。 電腦室可以作為這類環境的代表，對設備測試的位準適用性是限制在電源供應電路的型式測試，及接地電路和設備機殼對安裝後的測試。 位準 2: 保護的環境： 安裝具有下列的特性： 在電源供應和控制電路上有部分的 EFT/B 的抑制，且其經由繼電器 (非接觸器 )作為開關； 所有的電路和由其它在伴隨較高嚴苛位準環境的電路的隔離； 非屏蔽電源供應和由信號和通訊電纜的控制電纜，能有空間上的隔離； 工業上和電路工廠的控制是可以作為此類環境的代表。 位準 3: 典型的工業環境： 安裝具有下列的特性： 僅由
32、繼電器 (非電流接觸器 )作為開關的電源供應，控制電路上沒有 EFT/B 的抑制； 工業電路和由其它在較高嚴苛位準的電路，沒有良好的隔離； 對電源供應控制信號和通訊線有專門的電纜； 在電源供應控制信號和通訊電纜上沒有良好的隔離。 接地系統的使用是經由導電管電纜盤的接地端 (連接到保護的接地系統 )，經由接地網連接。 工業處理的地區電力工廠和戶外高壓配電台的繼電器，可以作為此類環境的代表。 位準 4: 嚴苛的工業環境： 由繼電器和電流接觸器作為開關的電源供應，控制及電源電路沒有 EFT/B 的抑制； 工業電路和其它在較高嚴苛位準的電路並沒有隔離； 使用一般的多心電纜作為控制和信號線。 工業處理設
33、備的戶外地區其沒有特定安裝實例可採用、電台、開放高壓配電所和操作電壓達到 500V 的氣體絕緣切換轉軸 (有典型的安裝實例 )，可以作為此類設備 26 CNS 14676-4 , C 6424-4的代表。 位準 5: 需分析的特別的情況： 由設備電路電纜線等等的干擾源，較小或較大的電磁隔離安裝的品質，可以要求使用不同於上述所提的較高或較低的環境位準，必須注意的是，較高環境位準的設備能穿透較低嚴苛環境。 相對應國際標準： IEC61000-4-4 1995 Electromagnetic compatibility (EMC) Part 4 -4: Testing and measurement techniques- Electrical fast transient/burst immunity test & Amendment 1-2000 & Amendment 2-2001
