在现代电气化环境中,电子设备不可避免地暴露于各种复杂的低频磁场干扰中。这些磁场可能来源于电力传输线、变压器、电动机、家用电器以及工业设备等。为确保电子设备,特别是关乎生命安全的医疗、工业控制和通信设备,在真实电磁环境中的稳定性和可靠性,进行标准化的低频磁场抗扰度测试至关重要。
IEC 61000-4-39 标准作为最新的基础电磁兼容测试标准,为评估设备对频率范围从直流到150kHz的磁场抗扰度提供了统一、科学的方法。它正迅速被各行业产品标准所采纳,尤其是IEC 60601-1-2(医疗电气设备EMC标准),已成为评估医疗设备安全性与有效性的核心测试项目之一。
通过本测试,制造商可以验证其产品对现实世界中低频磁场干扰的免疫力,从而提升产品质量,降低现场故障风险,并加速通过相关法规认证,顺利进入全球市场。
测试项目与方法
1. 测试项目
该测试旨在评估受试设备在遭受来自电源电流或特定源(如永磁体)产生的低频磁场时,其性能是否出现 degradation(性能降级)或功能丧失。测试模拟两种主要场景:
连续磁场干扰: 模拟设备长期处于50/60Hz工频及其谐波磁场环境中的情况。
瞬态磁场干扰: 模拟设备遭遇由雷击、大容量负载切换等引起的脉冲磁场情况。
2. 测试方法
测试在一个受控的实验室环境中进行,核心是使用一个能产生均匀磁场的感应线圈(赫姆霍兹线圈或方形线圈)。
测试布置:
受试设备通常放置于线圈中心的均匀磁场区内。
设备应按照典型的安装和使用方式布置,包括所有必要的电缆(电源线、信号线等),并保持其正常的工作状态。
监测设备在测试过程中和测试后的性能,判断其是否满足性能判据。
测试过程:
初始验证: 在未施加干扰的情况下,确认受试设备功能正常。
施加干扰: 根据标准要求的测试等级和频率点,通过线圈产生相应的磁场。
性能监测: 在施加干扰的过程中和之后,持续监测设备的关键功能与性能指标。
结果判定: 根据产品标准中定义的性能判据(如A:功能正常;B:功能暂时丧失或降级,可自恢复;C:功能需操作人员干预才能恢复;D:设备损坏或数据丢失),记录测试结果。
核心测试参数详解
1. 频率范围
IEC 61000-4-39覆盖了从 DC(直流)至 150 kHz 的宽频率范围,重点关注以下部分:
工频及其谐波: 50 Hz / 60 Hz 及其二次、三次谐波(如100/120 Hz, 150/180 Hz)。这是最常见的干扰源,对应全球的电网频率。
直流磁场: 模拟永磁体或直流输电系统产生的静态磁场。
更高频段: 覆盖至150 kHz,以应对开关电源、电子镇流器等产生的高次谐波干扰。
2. 测试强度
测试强度以磁场强度表示,单位是安培每米。IEC 61000-4-39定义了多个测试等级,具体等级的选择取决于产品最终使用的环境,并在相应的产品标准(如IEC 60601-1-2)中明确规定。
等级 | 测试强度 | 典型应用环境示例 |
1级 | 1 A/m | 受保护的环境,如计算机机房、具有高水平EMC控制措施的实验室。 |
2级 | 3 A/m | 商业、轻工业环境,如办公室、实验室、远离工业区的零售店。 |
3级 | 10 A/m | 工业环境和医疗场所。这是IEC 60601-1-2对医疗设备最常用的等级。典型场景如靠近电力设备的工厂车间、医院的理疗室、手术室(靠近大功率设备)。 |
4级 | 30 A/m | 严酷的工业环境,如重工业厂区、发电站、高压变电站附近。 |
X级 | 特殊 | 可根据产品特定使用场景自定义,高于或低于上述等级。 |
注:对于脉冲磁场测试,强度通常以“A/m”的峰值表示,并有特定的波形和重复频率要求。
在主要标准与应用中的具体要求
1. 在医疗设备领域:IEC 60601-1-2
重要性: 医疗设备的误动作可能直接危及患者生命,因此其EMC要求极为严格。IEC 60601-1-2(第4版及以后)明确引用IEC 61000-4-39作为其低频磁场抗扰度的符合性判定方法。
测试要求:
频率: 主要测试 50/60 Hz 工频。
强度: 通常要求达到 等级3(10 A/m)。对于预期在特殊环境(如磁共振成像设备附近)使用的设备,可能有更高或特殊的要求。
性能判据: 必须满足标准中定义的基本性能和安全要求,不允许出现任何可能导致诊断错误或治疗中断的性能降级。
2. 在其他标准与应用
工业控制设备(如IEC 61326系列): 用于工厂自动化的PLC、传感器、驱动器等,通常要求较高的测试等级(如等级3或4),以确保在强电磁干扰的工业环境中稳定运行。
家用及商用电器(如IEC 55014系列): 评估它们对来自其他家电(如洗衣机电机、空调压缩机)产生的磁场干扰的抗扰度。
信息技术设备(如IEC 55032): 确保计算机、服务器、显示器等在典型的办公环境中不受干扰。
铁路/汽车电子: 这些领域有自身的标准(如EN 50121, ISO 11452),但测试原理相似,且测试环境通常更为严酷。
总结
低频磁场抗扰度测试是衡量现代电子设备鲁棒性的关键一环。IEC 61000-4-39 标准为此提供了科学、可重复的测试框架。对于医疗设备制造商而言,依据 IEC 60601-1-2 标准,在 10 A/m @ 50/60 Hz 的条件下通过测试,几乎是产品上市的强制性要求。
通过提前规划和执行符合标准的测试,企业不仅能有效规避产品上市后的质量与安全风险,更能打造出令客户和监管机构信赖的高可靠性产品。
免责声明: 本文案为技术概述,具体测试实施请务必以最新发布的IEC 61000-4-39、IEC 60601-1-2及其他适用标准的官方原文为准,并咨询专业的EMC测试实验室。
标准解读:
Proximity magnetic fields(邻近磁场抗扰度测试)。
如下图所示测试频段、调制、强度:
下图所示是测试天线直径要求和测试的距离:
测试环境与仪器设备 | |