設(shè)備對電源的電磁兼容性要求分析

摘要：電源是比較**的電磁干擾源，需要對電源提出合適的電磁兼容性能要求。本文對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g(shù)jb151-86標(biāo)準(zhǔn)中有油機(jī)發(fā)電機(jī)，不間斷供電及移動式電站有相關(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一次電源對二次電源的cs101也有6db的安全裕度。
工程實踐發(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，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%，因為正常浪涌的時間很短，一般在二次電源內(nèi)有濾波電容起到貯能作用，浪涌對電子電氣設(shè)備影響不大。
而欠壓和**壓持續(xù)的時間可達(dá)數(shù)十秒，例如電機(jī)啟動或大負(fù)載短期工作，此時過低或過高電壓可引起設(shè)備工作異常，需要對電網(wǎng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，例如用小功率不間斷電源（ups）保持對電子設(shè)備正常供電；此外現(xiàn)在設(shè)計的二次開關(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，零線電流可引起電磁干擾，嚴(yán)重時可產(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，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，這些電磁干擾對模擬電路和數(shù)字電路的影響有較大差別。
a．模擬電路對二次電源傳導(dǎo)**的要求對電子電氣設(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)計師應(yīng)給予充分重視，需采取相應(yīng)措施，減少對電子電氣線路的影響。
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