【技术文章】低频磁场抗扰度测试方法介绍

本文主要进行低频（DC-150kHz）磁场抗扰度的原理、系统设备梳理以及试验方法介绍、软件闭环的监测。围绕辐射环、亥姆霍兹线圈、场强探头等核心技术指标进行介绍，根据被测样品的体积、测试需求，分析了线圈、场强探头选型的关键影响因素以及软件闭环监控的具体应用和数据分析，为试验提供了理论依据和合理建议。

第一章：试验概述

试验目的和意义

模拟现实环境中的低频磁场干扰，评估电子零部件在此类干扰下的耐受能力和功能性能保持性，确保其在真实车辆环境中能可靠、安全的工作。

确保功能安全与行车安全；车辆内部及周围存在多种低频磁场源，可能对敏感的电子电路（尤其是基于霍尔效应、磁阻效应的传感器，以及电感、变压器等元件）造成干扰。

试验要求

ISO 11452-8、GB/T 33014.8、SAE J1113-21等标准要求的试验频率为DC～150kHz，交变磁场强度为1000A/m，DC直流磁场为3000A/m，囊括了其他车企标准的测试等级要求。

试验方法

低频磁场抗干扰测试，是对受试设备施加一定的磁场干扰，并对其工作状态进行监测以考核其抗磁场干扰的能力。典型的磁场抗干扰测试方法有辐射环法和亥姆霍兹线圈法。

辐射环法：天线尺寸较小，发射效率高但均匀性差，对于尺寸较大的产品需要多次分别暴露，才能覆盖整个试验包络。

亥姆霍兹线圈法：发射效率低但具有很好的场均匀性，易于实现尺寸适中的样品测试。

试验频率条件

频率范围适用于DC（0Hz）和15Hz～150kHz。部分车厂的测试最低频率下放至5Hz。

试验频率需要包含16.67Hz、50Hz、60Hz、150Hz、180Hz这几个单点，频率的最大步长如下表所示：

试验磁场等级

依据样品功能性状态分类来决定测试试验等级和内部、外部磁场测试要求。

表A.1 内部磁场试验等级

表A.2 外部磁场试验等级

第二章：试验系统构成

整套系统的测试设备包括以下几部分：

1）场生成装置：辐射环和亥姆霍兹线圈；

2）磁场强度监测器；

3）低频发生器；

4）低频放大器；

5）电压表；

6）电流监测器；

7）人工网络AN（与骚扰源无关，仅搭建供电回路）

骚扰布置示意图

1、场生成装置

场生成装置包括辐射环和亥姆霍兹线圈，其中辐射环在距离环平面50mm处的场强H（50mm）＝75.6*I；H是磁场，单位为A/m；75.6为常数，单位m；I是线圈内电流值，单位为A；理想状况下，亥姆霍兹线圈会建立一个均匀的磁场区域，至少为300mm*300mm*300mm；亥姆霍兹线圈中心处的场强H=0.7155*N*I/R；其中H是磁场，单位A/m；0.7155是常数，N是线圈匝数；R是线圈半径，单位m；I是线圈电流，单位A。

1）直流辐射环TBR 300、直流辐射环TBR 1500

直流辐射环TBR 300参数：直径120mm；匝数20；磁场强度≥3000A/m；最大电流20A（DC）；线径2mm铜；

直流辐射环TBR 1500参数：直径120mm；匝数225；磁场强度≥15000A/m；最大电流20A（DC）；线径2mm铜；

2）交流辐射环TBR 100

交流辐射环TBR 100参数：直径120mm；匝数20；磁场强度≥1000A/m@1kHz，≥10A/m@150kHz；最大电流20A；线径2mm铜；频率范围DC～150kHz；

3）直流亥姆霍兹线圈 TYXH 03300、TYXH 06300、TYXH 1300

TYXH 03300参数：最大电流20A；磁场≥3000A/m；线圈因数152；直径300mm；电感≤2.5mH；直流阻抗≤0.6Ω；

TYXH 06300参数：最大电流20A；磁场≥3000A/m；线圈因数152；直径600mm；电感≤15mH；直流阻抗≤1.6Ω；

TYXH 1300参数：最大电流30A；磁场≥3000A/m；匝数150；直径1000mm；

4）交流亥姆霍兹线圈 TYXH 03100、TYXH 06100

TYXH 03100参数：频率DC～150kHz；最大磁场≥1000A/m@1kHz，≥10A/m@150kHz；直径300mm；最大电流20A（RMS）；

TYXH 06100参数：频率DC～150kHz；最大磁场≥1000A/m@1kHz，≥10A/m@150kHz；直径600mm；最大电流20A（RMS）；

2、电流监测器

电流监测器应确保在DC直流以及15Hz至150kHz的频率范围内进行均方根电流测试，通过钳形电流探头或测量分流电阻两端的电压来实现。

3、磁场强度监测器

磁场强度监测器的作用是用来测试辐射环产生的真实磁场，而不是通过监测电流计算得到场强值。对于直流，磁场强度监测器应基于霍尔传感器等测量仪器，典型的磁场强度监测器在直流时应该能够测量至少3000A/m的磁场强度。

霍尔传感器 HS 5136

霍尔传感器的输出同样接在电压表上，用电压表读值。HS 5136传感器转换比为1000：1，即1mV对应1A/m。以此验证电流法产生的磁场强度的准确性。对于交流，应使用场强探头或者环形传感器监测，以转换出电压值，同样用万用表去测量电压值。场强探头推荐直径40mm；匝数：51；典型的场强探头可以在15Hz到150kHz内测量至少1000A/m。频率下限可拓展至5Hz。

两种场强探头

4、低频发生器+低频放大器

RSG 40C20S主要作用是可以产生直流电压和能覆盖150kHz的低频正弦输出，提供较大电流以便场发生器能产生不低于3000A/m的场强。

频率范围：DC～300kHz；开路输出电压MAX 80Vpp；最大电流20A（RMS）；最大功耗800W；

5、电压表

6位半电压表，精度高，用此电压表监测分流电阻上的电压值，或者监测钳形电流探头上的电流值，完成调整场强大小的功能。

6、人工网络AN

第三章：试验方法介绍

测试线束的设计应尽量减少线束内部的不同耦合效应，减少对负载箱和电源的干扰。测试线束和被测设备应尽量放置在非导电、非磁铁性、低磁导率的支撑物上，比如木桌支撑板等。

1、辐射环法

被测设备的每个面应划分面积小于等于100mm*100mm的相等区域。辐射环应位于这些区域中每个区域中心50mm处，与被测设备的面平行。除此之外，辐射环也需放置在每个电气接口连接器处以及所有连接的磁传感处。即对面辐射测试、对电气接口辐射测试、对磁传感器辐射测试。

测试场景连接示意图

软件连接配置：低频发生器+低频放大器；传感器列表值监测。通过对分流电阻的电压采集，软件获取万用表上的电压值，转换为电流值，计算得到场强值，进行闭环校准。

校准结束后可用霍尔传感器验证直流辐射环的场强值。验证时分流电阻的万用表可以不用监测了。

霍尔传感器验证直流辐射环场强值搭建示意图 1mV:1A/m

校准结束后使用场强探头验证交流辐射环的场强值。需要对照制造商的场强探头矫正因子计算转换电压值。

2、亥姆霍兹线圈法

DUT应放置在非导电的低磁材料上，位于亥姆霍兹线圈的均匀厂区内，方向为三个主轴方向（X、Y和Z）之一。DUT线束应垂直向下走线，远离线圈和监测设备。

此处测试方法与测试原理与辐射环一致，软件使用也一致，此处不再赘述。

第四章：试验程序

试验计划中应包含试验布置、试验等级，任何与标准试验条件和布置偏离的，应在报告中记录下来。DUT应在典型负载和实际条件下运行。辐射环法，需要规定DUT的试验点。亥姆霍兹线圈法，需要规定DUT的X、Y、Z轴向；且需要规定DUT的验收准则和监测条件，明确之后开始试验。

辐射环法测试应在三个轴向极化下进行，包含面、电气接口、磁传感器辐射等测试点位。离线圈50mm；每个频点下，使被测设备至少暴露1s时间。监测被测品的任何故障并记录相应的场强即可。重复以上操作将面、电气接口、磁传感器辐射等测试点位测试完毕。

亥姆霍兹线圈法搭建与辐射环一样，只不过样品被放置在线圈中心处，不放置在绝缘木桌支撑板上。在每个频率下至少暴露1s；被测设备出现任何故障，记录相应的频率和场强。对其他两个轴向重复上述测试。

EUT放置在匀强场强中心