Một bộ nguồn chạy ổn trên bàn vẫn có thể trượt ở phòng thử EMC chỉ vì dạng dòng nó kéo từ lưới. Thủ phạm thường là tầng chỉnh lưu đầu vào làm dòng hài bậc 3, bậc 5 vượt giới hạn, và sửa ở giai đoạn cuối gần như luôn kéo theo sửa bo mạch. Vì vậy đo dòng hài IEC 61000-3-2 nên làm ngay khi có mẫu đầu tiên.
Bài này đi theo logic của tiêu chuẩn khi đo dòng hài IEC 61000-3-2: phạm vi, xếp lớp A, B, C, D, bảng giới hạn, phương pháp đo, mối liên hệ với hệ số công suất, và ranh giới giữa đo tiền tuân thủ trên bàn với thử chính thức.
Đo dòng hài IEC 61000-3-2 áp dụng cho thiết bị nào
Tiêu chuẩn áp dụng cho thiết bị có dòng đầu vào định mức tới 16 A mỗi pha, nối vào lưới hạ áp công cộng, và là phép thử điển hình (type test). Giới hạn dành cho hệ 220/380 V, 230/400 V và 240/415 V, tần số 50 Hz hoặc 60 Hz. Thiết bị trên 16 A tới 75 A mỗi pha có thể thuộc phạm vi IEC/EN 61000-3-12.
Bản hợp nhất hiện hành là ấn bản 5.2 (2024-03), gồm ấn bản 5.0 (2018), AMD1 (2020), phiếu giải thích năm 2021 và AMD2 (2024). AMD2 bổ sung điều kiện thử cho đèn, quy tắc xét độ không đảm bảo đo theo IEC Guide 115 và làm rõ cách áp giới hạn lớp D. Khi đọc báo cáo thử cũ, hãy xem nó dựa trên ấn bản nào.
Phân loại thiết bị lớp A, B, C, D
Giới hạn theo lớp thiết bị khác nhau rất xa, nên xếp nhầm lớp thì mọi phép đo sau đó đều so với sai thước. Theo điều 5.1 của ấn bản 5.0:
- Lớp B: dụng cụ cầm tay, máy hàn hồ quang không chuyên nghiệp.
- Lớp C: thiết bị chiếu sáng.
- Lớp D: công suất quy định không quá 600 W, gồm máy tính cá nhân và màn hình; máy thu hình; tủ lạnh, tủ đông có bộ truyền động biến tốc cho máy nén.
- Lớp A: mọi thiết bị còn lại, ví dụ thiết bị ba pha cân bằng, đồ gia dụng, dụng cụ không cầm tay, thiết bị âm thanh, đèn sân khấu và trường quay chuyên nghiệp.
Cách xếp lớp một sản phẩm
Đi theo thứ tự loại trừ: chiếu sáng thì lớp C; dụng cụ cầm tay hoặc máy hàn không chuyên nghiệp thì lớp B; đúng ba nhóm sản phẩm lớp D và không quá 600 W thì lớp D; còn lại là lớp A. Lớp D định nghĩa bằng danh sách sản phẩm, nên bộ nguồn công nghiệp có dạng dòng giống máy tính vẫn thuộc lớp A. Hướng dẫn của EPSMA, dựa trên EN 61000-3-2:2014, ghi thiết bị không phải chiếu sáng từ 75 W trở xuống không có giới hạn; nên đối chiếu điều khoản này trong ấn bản 5.x trước khi dựa vào nó.
Giới hạn theo lớp thiết bị: bảng dòng hài lớp A, B, C, D
Lớp A dùng giới hạn tuyệt đối bằng ampe hiệu dụng. Theo AMETEK, AMD1:2020 không đổi giới hạn lớp A, B và D.
| Bậc lẻ n | Lớp A (A) | Bậc chẵn n | Lớp A (A) |
|---|---|---|---|
| 3 | 2,30 | 2 | 1,08 |
| 5 | 1,14 | 4 | 0,43 |
| 7 | 0,77 | 6 | 0,30 |
| 9 | 0,40 | 8 ≤ n ≤ 40 | 0,23 · 8/n |
| 11 | 0,33 | ||
| 13 | 0,21 | ||
| 15 ≤ n ≤ 39 | 0,15 · 15/n |
Lớp B dùng giới hạn lớp A nhân 1,5.
Lớp D: giới hạn theo công suất
| Bậc n | mA/W | Tối đa (A) |
|---|---|---|
| 3 | 3,4 | 2,30 |
| 5 | 1,9 | 1,14 |
| 7 | 1,0 | 0,77 |
| 9 | 0,5 | 0,40 |
| 11 | 0,35 | 0,33 |
| 13 ≤ n ≤ 39 | 3,85/n | theo lớp A |
Lớp D chỉ xét hài bậc lẻ. Với thiết bị 300 W, giới hạn bậc 3 là 3,4 × 300 = 1020 mA, bậc 5 là 570 mA. Trần 2,30 A của bậc 3 chỉ có tác dụng từ khoảng 676 W, cao hơn mức 600 W của lớp D.
Lớp C: con số 27 % và bẫy ấn bản
Đèn trên 25 W có giới hạn theo phần trăm dòng cơ bản: bậc 2 là 2 %, bậc 5 là 10 %, bậc 7 là 7 %, bậc 9 là 5 %, bậc lẻ 11 tới 39 là 3 %. Hài bậc 3 là chỗ các ấn bản khác nhau. Ấn bản 5.0 đặt 30·λ %, với λ là hệ số công suất mạch. AMD1:2020, có trong ấn bản 5.1 và 5.2 hiện hành, cố định ở 27 %, tương đương λ = 0,9. Ví dụ của AMETEK: đèn 600 W, dòng cơ bản 200 mA, λ = 0,95 cho giới hạn 57 mA theo ấn bản 5.0 nhưng 54 mA theo ấn bản 5.1.
Hệ số công suất và méo dạng dòng đầu vào
Hệ số công suất là tỷ số công suất tác dụng trên công suất biểu kiến, P / (Vrms · Irms), và IEC 61000-3-2 định nghĩa hệ số công suất mạch theo đúng cách đó. Nó giảm vì dòng lệch pha và vì dòng méo. Tài liệu PFC của Texas Instruments gộp cả hai:
PF = cos φ / √(1 + THD²), với THD = √(Σ In², n ≥ 2) / I1.
Theo TI, riêng THD 30 % kéo PF xuống 0,95, lệch pha 25° cho PF 0,90; có cả hai thì nhân lại, được khoảng 0,87.
Bộ nguồn không có PFC thường dùng cầu diode nạp thẳng vào tụ lọc. Diode chỉ dẫn khi điện áp lưới vượt điện áp tụ cộng hai sụt áp diode, nên dòng vào là những xung ngắn giàu hài. Với méo dạng dòng đầu vào kiểu này, chỉ đo góc lệch pha là không đủ; phải đo công suất tác dụng và dòng hiệu dụng thật, giống yêu cầu trong bài đo hiệu suất biến tần bằng máy phân tích công suất. PFC tích cực kiểu boost đưa hệ số công suất về gần 1.
Phương pháp đo theo IEC 61000-4-7
IEC 61000-3-2:2018 tham chiếu IEC 61000-4-7:2002 kèm AMD1:2008. Phép đo là một chuỗi xử lý có quy định, không phải một lần FFT:
- Cửa sổ 200 ms: 10 chu kỳ ở 50 Hz hoặc 12 chu kỳ ở 60 Hz, cửa sổ chữ nhật, lấy mẫu đồng bộ trong ±0,03 %.
- Nhóm hài: gộp vạch hài với các vạch liên hài kề bên theo căn tổng bình phương.
- Làm trơn: giá trị từng cửa sổ qua bộ lọc hằng số thời gian 1,5 s.
- So giới hạn: mọi giá trị đã làm trơn không vượt 150 %, trung bình toàn thời gian quan sát không vượt 100 %.
Các nới lỏng và ngưỡng bỏ qua
Riêng lớp A, giá trị được lên tới 200 % nếu phần vượt 150 % ngắn hơn 10 % thời gian quan sát hoặc 10 phút, lấy giá trị nhỏ hơn, và trung bình dưới 90 %. Các bậc lẻ từ 21 được trung bình tới 150 % giới hạn nếu POHC (bậc lẻ 21 tới 39) vẫn đạt. Hài nhỏ hơn 0,6 % dòng đầu vào hoặc 5 mA, lấy giá trị lớn hơn, được bỏ qua; AMD2 làm rõ quy tắc này chỉ áp cho từng bậc riêng lẻ.
Thời gian quan sát theo kiểu vận hành: chu kỳ ngắn không quá 2,5 phút đo ít nhất 10 chu kỳ; chu kỳ dài đo hết chu trình hoặc 2,5 phút đại diện có tổng dòng hài THC cao nhất.
Vì sao nguồn thử phải sạch
Nếu điện áp cấp đã méo, dòng đo được phản ánh cả lưới chứ không chỉ sản phẩm. Theo các tài liệu tóm tắt dựa trên ấn bản 2005 và 2014, Phụ lục A.2 yêu cầu điện áp trong ±2 %, tần số ±0,5 %, đỉnh áp 1,40 tới 1,42 lần giá trị hiệu dụng tại 87° tới 93°, và hài điện áp không vượt 0,9 % ở bậc 3, 0,4 % ở bậc 5, 0,3 % ở bậc 7, 0,2 % ở bậc 9 và bậc chẵn tới 10, 0,1 % ở bậc 11 tới 40. AMD2 có làm rõ mục A.2 d), nên cần đối chiếu với văn bản ấn bản 5.2.
Đo tiền tuân thủ trên bàn và thử tại phòng thí nghiệm
Trên bàn thiết kế, mục tiêu là tìm sớm bậc hài có nguy cơ vượt:
- Xác định lớp và ấn bản mà phòng thử sẽ áp dụng; với lớp D, ghi lại công suất.
- Cấp điện từ nguồn AC lập trình thay vì lưới xưởng, đặt đúng điện áp và tần số danh định.
- Đo công suất, hệ số công suất và dòng hài ở mọi chế độ tải đại diện.
- Giữ biên so với giới hạn, vì công cụ tiền tuân thủ không được xác nhận làm đủ chuỗi 200 ms, 1,5 s và tiêu chí 150 %.
Lỗi hay gặp: tính lớp C theo 30·λ trong khi phòng thử dùng 27 %; cắm thẳng lưới xưởng rồi quy lỗi cho sản phẩm; coi THD đầu ra thấp của nguồn AC là bằng chứng đạt Phụ lục A, trong khi con số tổng không chứng minh từng bậc dưới 0,4 % hay 0,1 %; xếp bộ nguồn công nghiệp vào lớp D.
Chọn thiết bị Keysight cho đo tiền tuân thủ dòng hài
Các thiết bị dưới đây phục vụ đo kỹ thuật và đo tiền tuân thủ trên bàn, không thay thế phép thử chính thức tại phòng thí nghiệm được công nhận.
AC6800B: nguồn sạch, đọc hệ số công suất
Keysight AC6804B là nguồn AC một pha 4000 VA, hai dải 155/310 Vrms, 40 tới 500 Hz, dòng tối đa 40 A ở dải thấp. Méo điện áp đầu ra không quá 0,5 %. Máy đo công suất với độ chính xác ±(2 % + 4 W) ở 45 tới 65 Hz, đọc hệ số công suất, VA, VAR và hệ số đỉnh qua SCPI. AC6800B không có chức năng đo dòng hài: nó là nguồn cấp ổn định kèm đồng hồ công suất, phổ dòng phải đo bằng thiết bị khác.
AC6900: nguồn ba pha có phân tích hài
Dòng AC6900 đo hệ số công suất (độ phân giải 0,01), THD, biên độ và pha dòng hài tới bậc 50; độ chính xác biên độ các bậc 2 tới 50 là 1,2 % + 1,2 % toàn thang (thông số bổ sung). Méo điện áp đầu ra 0,3 % tới 100 Hz; chuyển được giữa một pha và ba pha bốn dây. Keysight AC6906H cho 6 kVA, dải tần tới 5 kHz; Keysight AC6903L cho 3 kVA, tới 550 Hz, gọn hơn cho sản phẩm chạy 50/60 Hz. Datasheet ghi phép đo hài phục vụ tiền tuân thủ, và trợ giúp BenchVue nói rõ phương pháp đơn giản hoá này không phù hợp các tiêu chuẩn như IEC.
InfiniiVision với ứng dụng D3000PWRB
Keysight MSOX3104G thuộc dòng 3000G X chạy ứng dụng D3000PWRB: đo công suất, hệ số công suất, dòng khởi động, và FFT kênh dòng để so các bậc hài với giới hạn IEC 61000-3-2 lớp A, B, C hoặc D, báo đạt hay không đạt tới bậc 40 kèm THD. Cần đầu dò dòng; tự động bù lệch đầu dò cần bộ gá U1880A. Datasheet không nêu cửa sổ theo IEC 61000-4-7, nên hãy dùng nó để gỡ lỗi và xem dạng sóng.
Kết luận
Đo dòng hài đúng bắt đầu từ xếp lớp và chọn đúng ấn bản, rồi mới tới nguồn thử sạch và chuỗi 200 ms, 1,5 s. Trên bàn, nguồn AC lập trình và dao động ký có ứng dụng công suất giúp sửa sớm; kết luận cuối cùng thuộc về phòng thí nghiệm được công nhận.
Techmaster Electronics là đại lý uỷ quyền của Keysight tại Việt Nam, vận hành phòng hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025 cho nguồn AC, dao động ký và thiết bị đo công suất. Để được tư vấn cấu hình đo tiền tuân thủ hoặc đặt lịch hiệu chuẩn, vui lòng gọi hotline 0908 173 345.
