电磁兼容EMC测试中的电流探头测量

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他的文章专注于EMC测量和测试中使用的电流探头。我们首先解释法拉第和伦茨定律，它们构成了当前探针测量的理论基础。然后在理论之后描述和解释当前探针测量设置。最后，显示了三种不同检测模式的实际测量结果。

法拉第定律

考虑一个开放的表面，它有一个围绕它的闭环轮廓c（想象一个气球的嘴），如图1 所示。“气球”可以膨胀或放气以产生不同的表面，但轮廓c需要保持不变[1]，[2]。

图1：由轮廓c定义的开放表面

该轮廓可以是导线或非导电材料的假想轮廓（自由空间）。穿过由该轮廓限定的开放表面的磁通量产生电场。

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法拉第定律指出

（1）

等式中的线积分。（1）通常被称为电动势：

（2）

公式中的表面积分。（1）是穿过轮廓的磁通量

（3）

使用Eqs中的符号。（2）和（3）方程式中的法拉第定律。（1）也可以表示为

（4）

该形式清楚地表明感应电压与磁通量的变化率成正比。如果环路电气很小，这个感应电压可以插入环路的任何地方，如图2 所示。

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图2：插入环路中的感应电压

这个电压的大小是

（5）

该电压的极性由下面解释的伦茨定律确定。

楞次定律

原始磁场B产生感应磁场B ind。根据伦茨定律，感应磁场B ind反对原始磁场B的变化。为了便于理解Lentz定律，让我们考虑图3 中所示的几种情况。

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图3：原始磁场方向和变化类型

如图3所示，原始磁场B可以向上或向下指向并且可以增加或减少。让我们分别研究每个案例并应用Lentz规则来确定感应磁场的方向。

案例1 - 原始字段B朝上并且增加（图4a）。

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图4：原始和诱导场

诱导场B ind反对这种变化。因此，诱导场B ind指向下方。

情况2 - 原始字段B指向上和下降（图4b）。诱导场B ind反对这种变化。因此，感应场B ind指向上方。

情况3 - 原始字段B指向下并且增加（图4c）。诱导场B ind反对这种变化。因此，感应场B ind指向上方。

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情况4 - 原始字段B指向上和下降（图4d）。诱导场B ind反对这种变化。因此，诱导场B ind指向下方。

对感应场方向的了解使我们能够确定感应电流的方向（使用右手定则）。如图5 所示。

图5：感应电流方向

由于感应电流流出感应电压的正端，因此容易确定感应电压的极性，如图6 所示。

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图6：感应电压极性

电流探头测量

图7 显示了EMC测量和测试中使用的一些典型电流探头。

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图7：EMC中使用的电流探头

可以通过将电流探头直接连接到频谱分析仪来测量电流，如图8a 所示，或者使用前置放大器，如图8b所示。

图8：电流测量：（a）直接测量，（b）使用前置放大器

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电流探头本质上是一个变压器，如图9 所示。

图9：电流探头是变压器

当探头夹在导体周围时，导体是初级绕组，探头的绕组是次级绕组。导体中的电流产生磁场，该磁场集中在探针的核心周围并在其周围循环。根据法拉第定律，该循环磁场诱导由频谱分析仪测量的V ind。

校准探头，使得探头V ind的电压测量值可以转换为在导体中流动的电流测量值（在指定的频率范围内）。通常，探头的输出电压是在探头端接的情况下指定的，如图10 所示。

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图10：电流探头终止于50Ω

在校准过程中，已知幅度和频率的电流通过探头，并在该频率下测量相应的感应电压。然后，在每个频率下，可以计算该电压与电流的比率

（6）

该量被称为探针的传输阻抗。然后可以计算由电流探头测量的未知电流

（7）

传输阻抗在指定dBΩ而不是在值ωS

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（8）

因此，

（9）

这允许通过简单的减法（而不是除法）直接确定电流探头测量的未知电流

（10）

和

（11）

电流探头具有相关的校准图，如图11 所示。

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图11：电流探头校准图表

在执行电流探头测量时，需要将测量设备（频谱分析仪或EMI接收器）设置为三种检测模式之一：峰值，平均值或准峰值。前两种模式是不言自明的，准峰值模式值得解释。准峰值检测器根据信号的重复率对信号进行加权，这是衡量其“烦恼因素”的一种方法。高幅度低重复率信号可以产生与低幅度高重复率信号相同的输出。随着重复率的增加，准峰值检测器产生更高的电压输出，即对频谱分析仪或EMI接收机的响应。图12 显示了EMI接收器及其典型的屏幕输出; 请注意显示的三种检测模式。

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图12：EMI接收器及其典型屏幕输出

正确配置后，准峰值检测器读数将小于或等于峰值检测。平均检测器将小于或等于准峰值检测。由于准峰值读数要慢得多（与峰值比较2或3个数量级），因此最初首先使用峰值检测扫描，然后如果这是边缘或失败，则切换并运行准峰值针对极限的测量。

该方法在图13-15中示出，其示出了电流探针测量。

由于峰值检测器测量失败，因此通过了平均和准峰值测量。

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图13：峰值检测器测量

图14：平均检测器测量

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图15：准峰值检测器测量