設(shè)備對(duì)電源的電磁兼容性要求分析

時(shí)間：2022-12-28作者：北京華威盛達(dá)科技有限公司瀏覽：98

摘要：電源是比較**的電磁干擾源，需要對(duì)電源提出合適的電磁兼容性能要求。本文對(duì)一次電源和二次電源的電磁輻射和傳導(dǎo)干擾進(jìn)行指標(biāo)分析，可作為電源設(shè)計(jì)的參考。

關(guān)鍵詞：設(shè)備電源  電磁兼容性

1、引言

電源是電子電氣設(shè)備不可缺少的觸源，也是較強(qiáng)的電磁干擾源，然而發(fā)現(xiàn)對(duì)電源提出電磁兼容性指標(biāo)要求的依據(jù)比較缺乏，需要在各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中選取相關(guān)內(nèi)容，并且要求與電子電氣設(shè)備的需求相匹配。

一般電源分為一次電源和二次電源，一次電源可以是交流電源，也可以是直流電源，是通過其它形式能源轉(zhuǎn)換過來的；二次電源是變換器，可通過AC-DC、DC-AC、DC-DC變換為可供電子電氣線路直接使用的電源，二次電源可以是獨(dú)立的設(shè)備，也可以與電子電氣線路制成一體，此時(shí)二次電源是設(shè)備的組成部分。

一次電源是獨(dú)立的電氣設(shè)備，由于其能量較大，離電子設(shè)備較遠(yuǎn)，雖然電磁輻射不是主要干擾源，但它的傳導(dǎo)干擾卻是不可忽視的。

二次電源的品種較多、數(shù)量大，有時(shí)可占電子設(shè)備的1/3~1/4，二次電源及相應(yīng)電子線路可在供電線上產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，直接影響傳導(dǎo)**（CE）指標(biāo)。

2、一次電源的電磁兼容性指標(biāo)分析

一次電源例如機(jī)動(dòng)電站、不間斷（UPS）電站等，它們電源能量大，有較強(qiáng)電磁干擾，只是由于電源離其它設(shè)備較遠(yuǎn)，因此主要以供電線內(nèi)的傳導(dǎo)干擾為主。

2.1  一次電源電磁輻射干擾分析

專門用于電站的電磁兼容指標(biāo)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)較少，只有GJB151-86標(biāo)準(zhǔn)中有油機(jī)發(fā)電機(jī)，不間斷供電及移動(dòng)式電站有相關(guān)電磁兼容指標(biāo)，但該標(biāo)準(zhǔn)被GJB151A-97標(biāo)準(zhǔn)替代后，新標(biāo)準(zhǔn)中未涉及電站的電磁兼容性指標(biāo)要求。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，沒有作廢的提法，因此需要時(shí)還可以引用。

電站的輻射**可參照GJB151標(biāo)準(zhǔn)，其界限值曲線在25MHz以下，比一般設(shè)備輻射**高30dB左右，80MHz以上與一般設(shè)備相近，這個(gè)曲線形狀與高壓的間隙放電的電磁干擾很相近。

在GJB151標(biāo)準(zhǔn)中電站的電磁敏感度為5V/m~10V/m，這數(shù)值與GB/T17626.3的電磁場抗擾度相當(dāng)。由于電站屬于強(qiáng)電設(shè)備，一般都能滿足電磁輻射敏感度要求。

2.2  一次電源的傳導(dǎo)干擾分析

一次電源的傳導(dǎo)**可對(duì)二次電源造成干擾。

（1）頻譜傳導(dǎo)干擾

二次電源（包括二次電源的負(fù)載設(shè)備）對(duì)傳導(dǎo)干擾的敏感度CS101的曲線如圖1所示。




以**28V曲線為例，在25Hz~5kHz頻率范圍，電磁干擾電平為136dBμV，即6.3V，而大于5kHz曲線下降的斜率為-20dB/十倍頻程。

根據(jù)GJ181A飛機(jī)供電特提供的交流電壓較大畸變頻譜如圖2所示。




從圖中可以看出，在1kHz~3kHz頻率范圍，畸變干擾電壓為3.16V，大于3kHz曲線下降的斜率為-20dB/十倍頻程。
很顯然，一次電源傳導(dǎo)**的電平滿足圖2要求，就能保二次電源（包括電源負(fù)載）有6dB的電磁兼容安全裕度。

圖2曲線是400Hz一次電源的畸變頻譜，如果是50Hz電源，建議把圖2的100Hz~1kHz頻率范圍用10d（即3.16V）水平直線替代，也能保50Hz一次電源對(duì)二次電源的CS101也有6dB的安全裕度。

工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，用電氣電子技術(shù)的電源，其諧波量往往不滿足圖2曲線要求，需要采用功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)和諧波抑制技術(shù)，對(duì)頻率**5kHz的傳導(dǎo)干擾才可以采用電源濾波器。

（2）瞬態(tài)傳導(dǎo)干擾


根據(jù)GJB151A標(biāo)準(zhǔn)中CS106電源尖峰信號(hào)敏感度要求，二次電源（包括二次電源的負(fù)載）能經(jīng)受幅度達(dá)100V~400V，脈沖寬度為5μs~10μs的尖峰信號(hào)干擾，要求設(shè)備能正常工作。

而根據(jù)GJB181A飛機(jī)供電特性和GJB1389A系統(tǒng)電磁兼容性要求，一次電源的瞬態(tài)小于50μS的尖峰干擾的幅度為額定電壓有效值的±50%。

如果額定電壓有效值為220V，那么一次電源允許尖峰干擾值為110V。

由上述分析認(rèn)為一次電源的尖峰干擾幅度值與二次電源瞬態(tài)尖峰干擾的敏感度還是匹配的。

（3）電壓跌落和浪涌的影響分析

由于負(fù)載的通斷引起供電電壓的波動(dòng)，瞬態(tài)波形大約為70ms~80ms，通常稱為浪涌，向下浪涌就是電壓跌落。

由于供電負(fù)載**過正常允許范圍所產(chǎn)生的電壓波動(dòng)稱為欠壓和過壓，它不是正常供電狀態(tài)，只是在特殊狀態(tài)下使用。

由GJ181A飛機(jī)供電特性標(biāo)準(zhǔn)可知，正常浪涌可達(dá)+56%~ -30%，因?yàn)檎＠擞康臅r(shí)間很短，一般在二次電源內(nèi)有濾波電容起到貯能作用，浪涌對(duì)電子電氣設(shè)備影響不大。

而欠壓和**壓持續(xù)的時(shí)間可達(dá)數(shù)十秒，例如電機(jī)啟動(dòng)或大負(fù)載短期工作，此時(shí)過低或過高電壓可引起設(shè)備工作異常，需要對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，例如用小功率不間斷電源（UPS）保持對(duì)電子設(shè)備正常供電；此外現(xiàn)在設(shè)計(jì)的二次開關(guān)電源，可達(dá)到50Hz和400Hz電網(wǎng)通用，在欠壓達(dá)30%時(shí)還能提供正常輸出電壓。

（4）三相不平衡和諧波（畸變）量的影響分析

三相穩(wěn)態(tài)交流電壓和矢量差，形成了三相不平衡電壓，一般要求三相不平衡電壓小于3V（當(dāng)負(fù)載不平衡時(shí)可達(dá)10V）。

電流非正弦的諧波量與基波分量之均方根之比稱為諧波量（畸變系數(shù)），一般要求總諧波量小于5%~8%（特殊要求不**過10%）。

三相不平衡電壓和諧波量均可引起中線電流，當(dāng)中線接地時(shí)，零線電流可引起電磁干擾，嚴(yán)重時(shí)可產(chǎn)生故障。
為了避免零線電流引起干擾，有的設(shè)備一次電源采用三相三線制，例如艦船供電就是如此。

此外，為了減少諧波量，還要求二次電源變換器電路不采用可控硅，以便好抑制諧波量。

3、二次電源電磁兼容性指標(biāo)分析

二次電源如開關(guān)電源、線性穩(wěn)壓電源和逆變電源等是較強(qiáng)電磁干擾源。

3.1  二次電源的輻射電磁干擾分析

二次電源的射頻干擾從幾十千赫到幾百兆赫，所以需要進(jìn)行電磁屏蔽，現(xiàn)在有些**電源模塊的外殼作成散熱片形式，其殼體可以認(rèn)為是電磁屏蔽體，有利于抑制電源的輻射干擾。

由于二次電源的功率不算小，電源內(nèi)部運(yùn)行的電流也較大，一般都有較高抗輻射干擾能力，當(dāng)電源能滿足輻射**指標(biāo)要求時(shí)，輻射敏感度指標(biāo)都能達(dá)到要求。

3.2  二次電源的傳導(dǎo)電磁干擾分析

二次電源有兩組端口，即二次電源的輸入端口和二次電源的輸出端口，每個(gè)端口都有傳導(dǎo)**和傳導(dǎo)敏感度要求，由于二次電源輸入端口的傳導(dǎo)敏感度CS101前文已闡述，下文主要闡述輸出端口的傳導(dǎo)電磁干擾。

（1）二次電源輸出端口的傳導(dǎo)敏感度分析

二次電源輸出端口的電磁兼容性沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但在工程上確有其要求。

一般認(rèn)為二次電源負(fù)載的傳導(dǎo)**對(duì)二次電源的敏感度影響不大，然而負(fù)載端的電流倒灌可引起二次電源輸出端電壓提升，這是由于半導(dǎo)體器件要求電源品種的多樣性，導(dǎo)致較高電壓的電源通過半導(dǎo)體器件向較低電壓的電源倒灌，可引起較低電壓電源的過壓保護(hù)。

一般在較低電壓的電源輸出端加導(dǎo)流電阻，可以使倒灌電流流向該電阻，可起到克服倒灌引起過壓保護(hù)作用。

（2）二次電源輸出端的傳導(dǎo)**

二次電源輸出端有較大的電磁干擾電平，它是由電源變換過程和電源線路輕微自激引起的，這些電磁干擾對(duì)模擬電路和數(shù)字電路的影響有較大差別。

a．模擬電路對(duì)二次電源傳導(dǎo)**的要求對(duì)電子電氣設(shè)備而言，二次電源就是供電網(wǎng)，或任何其它設(shè)備抑制從其供電網(wǎng)來的傳導(dǎo)干擾的程度稱為抗電網(wǎng)干擾系數(shù)，IEC的TC-18標(biāo)準(zhǔn)建議抗電網(wǎng)干擾系數(shù)M≥70dB，如果供電電壓為12V，那么要求直流的紋波（電磁干擾）為7mV（有效值），一般選擇線性電源。

A/D變換器的電源紋波與變換器的位數(shù)有關(guān)供電電壓為5V的A/D變換器，十二位的分辨率為1.22mV。

b．?dāng)?shù)字電路對(duì)電源傳導(dǎo)**的要求

數(shù)字電路的直流噪聲容限有一定要求，例如TTL邏輯電路的容限限值為400mV。
如果電磁兼容安全裕度取6dB，那么電源的紋波（電磁干擾）為200mV。
如果電磁兼容安全裕度取16.5dB，則電源的紋波要求為60mV。
通常為了測量方便常采用峰之值，即電磁干擾電平為120mV~400mV，典型的電磁干擾峰峰值取70mV~150mV。

4、結(jié)束語

綜上所述，電源的電磁兼容性指標(biāo)要求是重要的指標(biāo)要求項(xiàng)目內(nèi)容，但由于電源的特殊性，一些指標(biāo)被融合在性能特性中，需要從中提煉。此外，由上述分析可知，電源的傳導(dǎo)電磁干擾比輻射電磁干擾為**，相關(guān)設(shè)計(jì)師應(yīng)給予充分重視，需采取相應(yīng)措施，減少對(duì)電子電氣線路的影響。


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