交流穩壓電源的電磁兼容
發布時間:2012-01-26
中心議題:
- 交流穩壓電源存在的內外部電磁幹擾情況
- 電磁兼容性的相關研究及其它抑製幹擾的方法
解決方案:
- 接地、屏蔽、濾波
- 正確選用無源元件
- 平衡措施等電路技術
當前,隨著科學技術的發展,技術含量高、內部結構複雜的電工、電子產品得到日益廣泛應用。而電磁幹擾致使電工、電dian子zi產chan品pin的de性xing能neng下xia降jiang,無wu法fa工gong作zuo的de現xian象xiang也ye經jing常chang發fa生sheng,嚴yan重zhong的de可ke造zao成cheng質zhi量liang事shi故gu和he設she備bei損sun壞huai以yi及ji其qi它ta損sun失shi。並bing且qie這zhe個ge發fa展zhan過guo程cheng仍reng以yi日ri益yi增zeng長chang的de速su度du持chi續xu著zhe。交jiao流liu穩wen壓ya電dian源yuan的de廣guang泛fan應ying用yong和he發fa展zhan,必bi然ran導dao致zhi它ta們men在zai其qi周zhou圍wei空kong間jian產chan生sheng的de電dian磁ci場chang電dian平ping的de不bu斷duan增zeng加jia。也ye就jiu是shi說shuo,交jiao流liu穩wen壓ya電dian源yuan不bu可ke避bi免mian地di在zai電dian磁ci環huan境jing(EME)中工作。
因此,必須解決交流穩壓電源在電磁環境中的適應能力。電磁兼容性(EMC)是一門關於抗電磁幹擾(EMI)影響的科學。目前,就世界範圍來說,電磁兼容性問題已經形成一門新的學科。電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)的(de)中(zhong)心(xin)課(ke)題(ti)是(shi)研(yan)究(jiu)控(kong)製(zhi)和(he)消(xiao)除(chu)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao),使(shi)交(jiao)流(liu)穩(wen)壓(ya)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)與(yu)其(qi)它(ta)設(she)備(bei)聯(lian)係(xi)在(zai)一(yi)起(qi)工(gong)作(zuo)時(shi),不(bu)引(yin)起(qi)設(she)備(bei)或(huo)係(xi)統(tong)的(de)任(ren)何(he)部(bu)分(fen)的(de)工(gong)作(zuo)性(xing)能(neng)的(de)惡(e)化(hua)或(huo)降(jiang)低(di)。一(yi)個(ge)設(she)計(ji)理(li)想(xiang)的(de)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)或(huo)係(xi)統(tong)應(ying)該(gai)既(ji)不(bu)輻(fu)射(she)任(ren)何(he)不(bu)希(xi)望(wang)的(de)能(neng)量(liang),又(you)應(ying)該(gai)不(bu)受(shou)任(ren)何(he)不(bu)希(xi)望(wang)有(you)的(de)能(neng)量(liang)的(de)影(ying)響(xiang)。
1 電磁幹擾源
電磁幹擾是影響交流穩壓電源電磁兼容性的主要因素,它是電磁兼容性設計中需要研究的主要內容。
1.1內部幹擾
內nei部bu幹gan擾rao是shi指zhi交jiao流liu穩wen壓ya電dian源yuan內nei部bu各ge元yuan部bu件jian之zhi間jian的de相xiang互hu幹gan擾rao。首shou先xian應ying使shi交jiao流liu穩wen壓ya電dian源yuan設she備bei內nei部bu的de電dian路lu互hu相xiang不bu產chan生sheng幹gan擾rao。由you於yu工gong作zuo頻pin率lv比bi較jiao高gao,數shu字zi電dian路lu和he模mo擬ni電dian路lu混hun合he設she計ji的de場chang合he愈yu來lai愈yu多duo,大da功gong率lv和he高gao電dian壓ya部bu件jian產chan生sheng的de磁ci場chang、電場通過耦合影響其它部件造成幹擾;設(she)備(bei)或(huo)係(xi)統(tong)內(nei)部(bu)某(mou)些(xie)元(yuan)件(jian)發(fa)熱(re),影(ying)響(xiang)元(yuan)件(jian)本(ben)身(shen)或(huo)其(qi)它(ta)元(yuan)件(jian)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)造(zao)成(cheng)幹(gan)擾(rao)。交(jiao)流(liu)穩(wen)壓(ya)電(dian)源(yuan)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)強(qiang)度(du)低(di)於(yu)特(te)定(ding)的(de)極(ji)限(xian)值(zhi),這(zhe)對(dui)於(yu)計(ji)算(suan)機(ji)設(she)備(bei)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)。計(ji)算(suan)機(ji)設(she)備(bei)中(zhong)的(de)脈(mai)衝(chong)電(dian)流(liu)會(hui)幹(gan)擾(rao)周(zhou)圍(wei)的(de)設(she)備(bei),特(te)別(bie)是(shi)無(wu)線(xian)電(dian)設(she)備(bei),如(ru)不(bu)采(cai)取(qu)有(you)效(xiao)的(de)抑(yi)製(zhi)輻(fu)射(she)措(cuo)施(shi),計(ji)算(suan)機(ji)會(hui)嚴(yan)重(zhong)影(ying)響(xiang)係(xi)統(tong)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。要(yao)使(shi)設(she)備(bei)對(dui)外(wai)界(jie)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)有(you)一(yi)定(ding)的(de)抵(di)抗(kang)能(neng)力(li),就(jiu)必(bi)須(xu)提(ti)高(gao)設(she)備(bei)在(zai)環(huan)境(jing)中(zhong)承(cheng)受(shou)周(zhou)圍(wei)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)能(neng)力(li),具(ju)備(bei)良(liang)好(hao)的(de)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)效(xiao)能(neng)穩(wen)定(ding)性(xing)。
1.2外部幹擾
外部幹擾是指交流穩壓電源外部因素對線路、設備的幹擾。
外部的高電壓、電源通過絕緣漏電而幹擾電子線路、設備或係統;外部大功率的設備在空間產生很強的磁場,通過互感耦合幹擾電子線路、設備或係統;空間電磁波對電子線路或係統產生的幹擾;工作環境溫度不穩定,引起電子線路、設備或係統內部元器件參數改變造成的幹擾;由工業電網供電的設備和由電網電壓通過電源變壓器所產生的幹擾。
2 電磁兼容性研究
2.1接地
接地目的有3個:
(1)接地使整個電路係統中的所有單元電路都有一個公共的參考零電位,保證電路係統能穩定工作。
(2)防(fang)止(zhi)外(wai)界(jie)電(dian)磁(ci)場(chang)的(de)幹(gan)擾(rao)。機(ji)殼(ke)接(jie)地(di)可(ke)以(yi)使(shi)得(de)由(you)於(yu)靜(jing)電(dian)感(gan)應(ying)而(er)積(ji)累(lei)在(zai)機(ji)殼(ke)上(shang)的(de)大(da)量(liang)電(dian)荷(he)通(tong)過(guo)大(da)地(di)泄(xie)放(fang),否(fou)則(ze)這(zhe)些(xie)電(dian)荷(he)形(xing)成(cheng)的(de)高(gao)壓(ya)可(ke)能(neng)引(yin)起(qi)設(she)備(bei)內(nei)部(bu)的(de)火(huo)花(hua)放(fang)電(dian)而(er)造(zao)成(cheng)幹(gan)擾(rao)。另(ling)外(wai),對(dui)於(yu)電(dian)路(lu)的(de)屏(ping)蔽(bi)體(ti),若(ruo)選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)接(jie)地(di),也(ye)可(ke)獲(huo)得(de)良(liang)好(hao)的(de)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo)。
(3)保證安全工作。當發生直接雷電的電磁感應時,可避免電子設備的毀壞;當dang工gong頻pin交jiao流liu電dian源yuan的de輸shu入ru電dian壓ya因yin絕jue緣yuan不bu良liang或huo其qi它ta原yuan因yin直zhi接jie與yu機ji殼ke相xiang通tong時shi,可ke避bi免mian操cao作zuo人ren員yuan的de觸chu電dian事shi故gu發fa生sheng。此ci外wai,很hen多duo醫yi療liao設she備bei都dou與yu病bing人ren的de人ren體ti直zhi接jie相xiang連lian,當dang機ji殼ke帶dai有you110V或220V電壓時,將發生致命危險。
yinci,jiedishiyizhizaoshengfangzhiganraodezhuyaofangfa。jiedikeyilijieweiyigedengdianweidianhuodengdianweimian,shidianluhuoxitongdejizhundianwei,danbuyidingweidadidianwei。weilefangzhileijikenengzaochengdesunhuaihegongzuorenyuanderenshenanquan,dianzishebeidejikehejifangdejinshugoujiandengbixuyudadixianglianjie,erqiejiedidianzuyibanyaohenxiao,bunengchaoguoguidingzhi。
接地問題處理辦法:合理“接地”是減少“地”噪聲幹擾的重要措施,必須予以特別注意。通常不管電源是誰供給,將地線彙集到公共點,然後和係統的公共端接在一起,所有電源1的負載都回到電源1公共端,所有的電源2負載都回到電源2的公共端,最後用一條粗導線將公共端連在一起。在多電源係統中,可能需要進行判斷性試驗,確定地線接法,以達到最佳的解決方案。
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2.2 屏蔽
屏蔽就是對兩個空間區域之間進行金屬的隔離,以控製電場、磁場和電磁波由一個區域對另一個區域的感應和輻射。具體講,就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個係統的幹擾源包圍起來,防止幹擾電磁場向外擴散;用屏蔽體將接收電路、設備或係統包圍起來,防止它們受到外界電磁場的影響。
因為屏蔽體對來自導線、電纜、元部件、電路或係統等外部的幹擾電磁波和內部電磁波均起著吸收能量(渦流損耗)、反射能量(電磁波在屏蔽體上的界麵反射)和抵消能量(電磁感應在屏蔽層上產生反向電磁場,可抵消部分幹擾電磁波)的作用,所以屏蔽體具有減弱幹擾的功能。
3 其它抑製幹擾方法
(1)濾波
濾(lv)波(bo)是(shi)抑(yi)製(zhi)和(he)防(fang)止(zhi)幹(gan)擾(rao)的(de)一(yi)項(xiang)重(zhong)要(yao)措(cuo)施(shi)。濾(lv)波(bo)器(qi)可(ke)以(yi)顯(xian)著(zhu)地(di)減(jian)小(xiao)傳(chuan)導(dao)幹(gan)擾(rao)的(de)電(dian)平(ping),因(yin)為(wei)幹(gan)擾(rao)頻(pin)譜(pu)成(cheng)份(fen)不(bu)同(tong)於(yu)有(you)用(yong)信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)率(lv),濾(lv)波(bo)器(qi)對(dui)於(yu)這(zhe)些(xie)與(yu)有(you)用(yong)信(xin)號(hao)頻(pin)率(lv)不(bu)同(tong)的(de)成(cheng)份(fen)有(you)良(liang)好(hao)的(de)抑(yi)製(zhi)能(neng)力(li),從(cong)而(er)起(qi)到(dao)其(qi)它(ta)幹(gan)擾(rao)抑(yi)製(zhi)難(nan)以(yi)起(qi)到(dao)的(de)作(zuo)用(yong)。所(suo)以(yi),采(cai)用(yong)濾(lv)波(bo)網(wang)絡(luo)無(wu)論(lun)是(shi)抑(yi)製(zhi)幹(gan)擾(rao)源(yuan)和(he)消(xiao)除(chu)幹(gan)擾(rao)耦(ou)合(he),或(huo)是(shi)增(zeng)強(qiang)接(jie)收(shou)設(she)備(bei)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li),都(dou)是(shi)有(you)力(li)措(cuo)施(shi)。用(yong)阻(zu)容(rong)和(he)感(gan)容(rong)去(qu)耦(ou)網(wang)絡(luo)能(neng)把(ba)電(dian)路(lu)與(yu)電(dian)源(yuan)隔(ge)離(li)開(kai),消(xiao)除(chu)電(dian)路(lu)之(zhi)間(jian)的(de)耦(ou)合(he),並(bing)避(bi)免(mian)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)進(jin)入(ru)電(dian)路(lu)。對(dui)高(gao)頻(pin)電(dian)路(lu)可(ke)采(cai)用(yong)兩(liang)個(ge)電(dian)容(rong)器(qi)和(he)一(yi)個(ge)電(dian)感(gan)器(qi)(高頻扼流圈)組成的CLCMπ型濾波器。濾波器的種類很多,選擇適當的濾波器能消除不希望的耦合。
(2)正確選用無源元件
實用的無源元件並不是“理想”的(de),其(qi)特(te)性(xing)與(yu)理(li)想(xiang)的(de)特(te)性(xing)是(shi)有(you)差(cha)異(yi)的(de)。實(shi)用(yong)的(de)元(yuan)件(jian)本(ben)身(shen)可(ke)能(neng)就(jiu)是(shi)一(yi)個(ge)幹(gan)擾(rao)源(yuan),因(yin)此(ci)正(zheng)確(que)選(xuan)用(yong)無(wu)源(yuan)元(yuan)件(jian)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)。有(you)時(shi)也(ye)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)元(yuan)件(jian)具(ju)有(you)的(de)特(te)性(xing)進(jin)行(xing)抑(yi)製(zhi)和(he)防(fang)止(zhi)幹(gan)擾(rao)。
(3)電路技術
有(you)時(shi)候(hou)采(cai)用(yong)屏(ping)蔽(bi)後(hou)仍(reng)不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)抑(yi)製(zhi)和(he)防(fang)止(zhi)幹(gan)擾(rao)的(de)要(yao)求(qiu),可(ke)以(yi)結(jie)合(he)屏(ping)蔽(bi),采(cai)取(qu)平(ping)衡(heng)措(cuo)施(shi)等(deng)電(dian)路(lu)技(ji)術(shu)。平(ping)衡(heng)電(dian)路(lu)是(shi)指(zhi)雙(shuang)線(xian)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)兩(liang)根(gen)導(dao)線(xian)與(yu)連(lian)接(jie)到(dao)這(zhe)兩(liang)根(gen)導(dao)線(xian)的(de)所(suo)有(you)電(dian)路(lu),對(dui)地(di)或(huo)對(dui)其(qi)它(ta)導(dao)線(xian)都(dou)具(ju)有(you)相(xiang)同(tong)的(de)阻(zu)抗(kang)。其(qi)目(mu)的(de)在(zai)於(yu)使(shi)兩(liang)根(gen)導(dao)線(xian)所(suo)檢(jian)拾(shi)到(dao)的(de)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)相(xiang)等(deng)。這(zhe)時(shi)的(de)幹(gan)擾(rao)噪(zao)聲(sheng)是(shi)一(yi)個(ge)共(gong)態(tai)信(xin)號(hao),可(ke)在(zai)負(fu)載(zai)上(shang)自(zi)行(xing)消(xiao)失(shi)。另(ling)外(wai),還(hai)可(ke)采(cai)用(yong)其(qi)它(ta)一(yi)些(xie)電(dian)路(lu)技(ji)術(shu),例(li)如(ru)接(jie)點(dian)網(wang)絡(luo),整(zheng)形(xing)電(dian)路(lu),積(ji)分(fen)電(dian)路(lu)和(he)選(xuan)通(tong)電(dian)路(lu)等(deng)等(deng)。總(zong)之(zhi),采(cai)用(yong)電(dian)路(lu)技(ji)術(shu)也(ye)是(shi)抑(yi)製(zhi)和(he)防(fang)止(zhi)幹(gan)擾(rao)的(de)重(zhong)要(yao)措(cuo)施(shi)。
(4)塑料金屬化處理
近年來,交流穩壓電源及電子儀器向著“輕、薄、短、小”和多功能、高性能及成本低方向發展。塑料機箱、塑su料liao部bu件jian或huo麵mian板ban廣guang泛fan地di應ying用yong於yu交jiao流liu穩wen壓ya電dian源yuan上shang,於yu是shi外wai界jie電dian磁ci波bo很hen容rong易yi穿chuan透tou外wai殼ke或huo麵mian板ban,對dui儀yi器qi的de正zheng常chang工gong作zuo產chan生sheng有you害hai的de幹gan擾rao,而er儀yi器qi所suo產chan生sheng的de電dian磁ci波bo,也ye非fei常chang容rong易yi輻fu射she到dao周zhou圍wei空kong間jian,影ying響xiang其qi它ta電dian子zi儀yi器qi的de正zheng常chang工gong作zuo。為wei了le使shi這zhe種zhong電dian子zi儀yi器qi能neng滿man足zu電dian磁ci兼jian容rong性xing要yao求qiu,人ren們men在zai實shi踐jian中zhong,研yan究jiu出chu塑su料liao金jin屬shu化hua處chu理li的de工gong藝yi方fang法fa,如ru濺jian射she鍍du鋅xin、真空鍍(Al)、電鍍或化學鍍銅、粘貼金屬箔(Cu或Al)和塗覆導電塗料等。
經過金屬化處理之後,使完全絕緣的塑料表麵或塑料本身(導電塑料)具有金屬那樣反射、吸收、傳chuan導dao和he衰shuai減jian電dian磁ci波bo的de特te性xing,從cong而er起qi到dao屏ping蔽bi電dian磁ci波bo幹gan擾rao的de作zuo用yong。實shi際ji應ying用yong中zhong,采cai用yong導dao電dian塗tu料liao作zuo屏ping蔽bi塗tu層ceng,性xing能neng優you良liang而er且qie價jia格ge適shi宜yi。在zai需xu要yao屏ping蔽bi的de地di方fang,做zuo成cheng一yi個ge封feng閉bi的de導dao電dian殼ke體ti並bing接jie地di,把ba內nei外wai兩liang種zhong不bu同tong的de電dian磁ci波bo隔ge離li開kai。實shi踐jian表biao明ming,若ruo屏ping蔽bi材cai料liao能neng達da到dao30~40dB以上衰減量的屏蔽效果時,就是實用、可行的。
(5)其他抑製措施
youyudianzijishuyingyongguangfan,erqiegezhongganraoshebeidefushehenfuza,yaowanquanxiaochudianciganraoshibukenengde。danshi,genjudiancijianrongxingyuanli,keyicaiquxuduojishucuoshijianxiaodianciganrao,shidianciganraokongzhidaoyidingfanweinei,congerbaozhengxitonghuoshebeidejianrongxing,liru,tongxinxitongzuichushejishi,jiuyinggaiyangejinxingxianchangdianboceshi,youzhenduixingdixuanzepinlvjijihuafangshi,bikaileida、移動通信等雜波幹擾;高壓線選擇路徑時,應盡量繞開無線電台(站)或充分利用接收地段的地形、地物屏蔽;接收設備與工業幹擾源設備適當配置,使接收設備與各種工業幹擾源離開一定距離;在(zai)微(wei)波(bo)通(tong)信(xin)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)中(zhong),為(wei)了(le)減(jian)少(shao)幹(gan)擾(rao),可(ke)采(cai)用(yong)天(tian)線(xian)高(gao)低(di)站(zhan)方(fang)式(shi)調(tiao)整(zheng)微(wei)波(bo)電(dian)路(lu)反(fan)射(she)點(dian),並(bing)利(li)用(yong)山(shan)頭(tou)阻(zu)擋(dang)反(fan)射(she)波(bo),使(shi)之(zhi)不(bu)能(neng)對(dui)直(zhi)射(she)波(bo)形(xing)成(cheng)幹(gan)擾(rao)。另(ling)外(wai),微(wei)波(bo)鐵(tie)塔(ta)是(shi)獨(du)立(li)的(de)高(gao)大(da)建(jian)築(zhu)物(wu),應(ying)采(cai)用(yong)完(wan)善(shan)的(de)接(jie)地(di)、屏蔽等避雷措施。
4 總結
保bao證zheng設she備bei的de電dian磁ci兼jian容rong性xing是shi一yi項xiang複fu雜za的de技ji術shu任ren務wu,對dui於yu這zhe個ge問wen題ti不bu存cun在zai萬wan能neng的de解jie決jue方fang法fa。電dian磁ci兼jian容rong技ji術shu涉she及ji麵mian很hen廣guang,電dian磁ci兼jian容rong性xing領ling域yu也ye正zheng在zai發fa展zhan,重zhong要yao的de是shi掌zhang握wo有you關guan電dian磁ci兼jian容rong的de基ji本ben原yuan理li,認ren真zhen分fen析xi和he試shi驗yan,就jiu能neng選xuan擇ze合he適shi的de解jie決jue問wen題ti方fang法fa。
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