PDF《针对电能表的EMI EMC注意事项》

Freescale Semiconductor, Inc.

应用笔记 ?

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1 简介 电能表往往会遭受到一些蓄意噪声源的篡改,以试图操 纵能耗读数.因此,有必要确保电能表在复杂的噪声电 磁环境下能够完全正常工作.针对这一要求, IEC计量 标准中规定了不同的型式试验.仪表制造商向市场提供 其产品前必须通过这些试验. 微控制器设计者和PCB设计者有一个共同目标,即在计 量系统中提供保护,使仪表不受噪声环境的影响. 飞思卡尔将MKM34系列微控制器用于单相和三相计量市 场.该系列微控制器对静电放电 (ESD)和高频噪声篡 改源具有更强的抗干扰能力.若结合良好的PCB设计, MKM34系列器件可以发挥出优良的抗干扰性能. 本应用笔记阐释了在不同篡改条件下的计量型式试 验.文中还提供了构建一个稳健的计量系统所需要采 取的措施. Document Number: AN4941 Rev. 0, 06/2014 目录 1. 简介

1 2. 仪表的型式试验

2 3. 在型式试验和篡改过程中出现系统故障的原因

5 4. 不同层面的设计技术

7 5. 结语

16 6. 参考文档

16 7. 修订历史记录

16 针对电能表的EMI EMC注意事项 作者: Neeraj Mangla与Puneet Arora 针对电能表的EMI EMC注意事项 应用笔记, AN4941, Rev.

0 2 Freescale Semiconductor, Inc. 仪表的型式试验

2 仪表的型式试验 2.1 冲击/浪涌电压试验 IEC 61000-4-5标准对该试验进行了定义.进行该试验是为了模拟雷电对输入线的影响.在此试验 中,施加10次6 kV冲击电压 (先用正极性,再用负极性) .脉冲的最小间隔时间必须大于3秒. 图1. 标准IEC 61000-4-5波形 2.2 快速瞬变脉冲群试验 IEC 61000-4-4标准对该试验进行了定义.该试验可模拟开关切换或继电器开关时产生的高压 条件.试验中对仪表端子施加一个连续的4 kV脉冲.在试验过程中,仪表必须处于工作模式, 且工作电压必须等于该仪表的参考电压.仪表不得连接任何负载―即在实验过程中不得有电流通 过仪表.该实验运行60秒. 针对电能表的EMI EMC注意事项 应用笔记, AN4941, Rev.

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3 仪表的型式试验 图2. 标准IEC 61000-4-4波形 2.3 静电放电 (ESD)抗干扰试验 IEC 61000-4-2标准对该试验进行了定义.该试验可模拟人体模型 (HBM) 、机器模型、元件充 电模型和电场感应模型.采用8 kV接触放电或15 kV空气放电的连续高压脉冲. 100% 90% VPEAK 单脉冲 50%

10 VPEAK 群脉冲 VPEAK 300ms 15ms 重复性 群脉冲 tD tR tR = 5ns ± 30% tD = 50ns ± 30% t(ns) t(ms) t(ms) 针对电能表的EMI EMC注意事项 应用笔记, AN4941, Rev.

0 4 Freescale Semiconductor, Inc. 仪表的型式试验 图3. 标准IEC 61000-4-2波形 2.4

35 kV ESD抗干扰试验 该试验用来评估仪表对高压ESD的抗干扰能力,高压ESD是篡改电能表的常用手段.在篡改阶 段,仪表处于死机状态,使得电能表在用户耗电时不记录用电量.此试验没有已定义的IEC标准,但是与IEC 61000-4-2标准类似,该试验将放电电压升高至35 kV. 放电过程中产生的电流与 放电电压成正比.图4显示了HBM的静电放电特性,其中串联电阻为330 Ω,电容为150 pF. 图4. 标准IEC 61000-4-2电流与放电电压 波形 IEC61000-4-2 150pF 330Ohm 时间 (s) 2kV 4kV 6kV 8kV 10kV 15kV 20kV 30kV

140 120

100 80

60 40

20 0 -2E-08

0 2E-08 4E-08 6E-08 8E-08 1E-07 1.2E-07 电流 (A) 针对电能表的EMI EMC注意事项 应用笔记, AN4941, Rev.