電源線(xiàn)的干擾問(wèn)題與解決方法

1、電源線(xiàn)的干擾問(wèn)題與解決方法電源線(xiàn)上的干擾問(wèn)題包括兩個(gè)方面，一個(gè)是電網(wǎng)上的干擾通過(guò)電源線(xiàn)傳入設(shè)備，另一個(gè)是設(shè)備內(nèi)的干擾通過(guò)電源線(xiàn)傳導(dǎo)進(jìn)電網(wǎng)。前者是傳導(dǎo)抗擾度的問(wèn)題，后者是傳導(dǎo)干擾發(fā)射的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)中，對(duì)這兩個(gè)方面的問(wèn)題都要采取措施予以解決。 1 傳導(dǎo)抗擾度電網(wǎng)上的干擾可以分為連續(xù)的干擾和瞬態(tài)的干擾。這些干擾既可以來(lái)自共用電網(wǎng)的其他設(shè)備產(chǎn)生的傳導(dǎo)性干擾，也可以由空間的電磁波在電力線(xiàn)上感應(yīng)產(chǎn)生共模干擾。對(duì)于設(shè)備威脅最大的干擾是幅度很大的瞬態(tài)干擾。這種瞬態(tài)干擾主要有兩個(gè)來(lái)源，一個(gè)是電網(wǎng)上的感性負(fù)載斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的脈沖電壓，另一個(gè)是附近發(fā)生雷電時(shí)在電力線(xiàn)上感應(yīng)的脈沖電壓。感性負(fù)載斷開(kāi)時(shí)瞬態(tài)干擾產(chǎn)生的機(jī)理如圖

2、1所示。在電感負(fù)載的電路中，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，根據(jù)電感的特性，電感上的電流不能突然消失，為了維持這個(gè)電流，電感上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很高的反電動(dòng)勢(shì)E，根據(jù)楞次定律，這個(gè)電壓為：E = dj / dt = -L ( di / dt )j = 電感中的磁通（Tm2）L = 電感（H）i = 電感中的電流（A） 這個(gè)反電動(dòng)勢(shì)向電感的寄生電容C反向充電。隨著充電電壓的升高，觸點(diǎn)上的電壓也升高，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)，將觸點(diǎn)擊穿，形成導(dǎo)電通路，電容C開(kāi)始放電，電壓開(kāi)始下降，當(dāng)電壓降到維持觸點(diǎn)空氣導(dǎo)通的電壓以下時(shí)，通路斷開(kāi)，又重復(fù)上面的過(guò)程。這種過(guò)程一直重復(fù)到由于觸點(diǎn)之間的距離增加，電容上的電壓不能擊穿觸點(diǎn)為止。當(dāng)電容上的電

3、壓不能通過(guò)擊穿觸點(diǎn)放電時(shí)，就通過(guò)電感回路放電，直到電感中的能量耗盡為止。關(guān)于這種干擾的說(shuō)明如下： （1） 隨著觸點(diǎn)的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，擊穿觸點(diǎn)需要的電壓越來(lái)越高，因此電容上的電壓越來(lái)越高。（2） 隨著擊穿觸點(diǎn)需要的電壓越來(lái)越高，電容充電的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，因此震蕩波形的頻率越來(lái)越低。（3） 電容C每次擊穿觸點(diǎn)向電源回路反向放電時(shí)，會(huì)在電源回路上形成很大的脈沖電流，由于電源阻抗的存在，這些脈沖電流在電源兩端形成了脈沖電壓，從而對(duì)共用這個(gè)電源的其他電路造成影響。（4） 從理論上講，這種干擾僅發(fā)生在控制感性負(fù)載的機(jī)械觸點(diǎn)斷開(kāi)的瞬間，但是，實(shí)際當(dāng)觸點(diǎn)閉合時(shí)，也會(huì)發(fā)生干擾，這種干擾是由于機(jī)械觸點(diǎn)跳躍產(chǎn)生的。這種

4、干擾的特點(diǎn)是不是單個(gè)脈沖，而是一連串的脈沖，因此，它對(duì)電路的影響較大。因?yàn)橐贿B串的脈沖可以在電路的輸入端產(chǎn)生累計(jì)效應(yīng)，使干擾電平的幅度最終超過(guò)電路的噪聲門(mén)限。從這個(gè)機(jī)理上看，脈沖串的周期越短，則對(duì)電路的影響越大。因?yàn)楫?dāng)脈沖串中的每個(gè)脈沖相距很近時(shí)，電路的輸入電容沒(méi)有足夠的時(shí)間放電，就又開(kāi)始新的充電，容易達(dá)到較高的電平。針對(duì)感性負(fù)載斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的干擾和附近發(fā)生雷電時(shí)產(chǎn)生的干擾這兩種現(xiàn)象，在電磁兼容試驗(yàn)中，有對(duì)應(yīng)的“電快脈沖試驗(yàn)”和“浪涌”試驗(yàn)。浪涌的特點(diǎn)是脈沖寬度寬，能量大。2 傳導(dǎo)干擾發(fā)射設(shè)備產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾發(fā)射的主要原因是設(shè)備中的開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源雖然有體積小、效率高、調(diào)壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，但是干擾問(wèn)

5、題十分突出。開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾主要有兩種，一種是電源奇次諧波發(fā)射，另一種是開(kāi)關(guān)頻率的射頻發(fā)射。電源頻率的奇次諧波是由于電源的輸入電流不是正弦波所至，開(kāi)關(guān)頻率的射頻發(fā)射是由于流過(guò)開(kāi)關(guān)管和變壓器的電流是脈沖波形所至（圖2）。3 電源線(xiàn)干擾濾波器的原理除了浪涌干擾以外，各種形式的傳導(dǎo)干擾問(wèn)題（傳導(dǎo)發(fā)射和抗擾度）都可以通過(guò)電源線(xiàn)濾波器解決。電源線(xiàn)濾波器的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。 圖中各個(gè)器件的作用如下：（1） 差模濾波電容：跨接在火線(xiàn)和零線(xiàn)之間，對(duì)差模電流起旁路作用。 電容值為0.11F。（2） 共模濾波電容：跨接在火線(xiàn)或零線(xiàn)與機(jī)殼地之間，對(duì)共模電流起旁路作用，電容值不能過(guò)大，否則會(huì)超過(guò)安全標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)漏電流

6、（3.5mA）的限制要求，一般在10000pF以下。醫(yī)療設(shè)備中對(duì)漏電流的要求更嚴(yán)，在醫(yī)療設(shè)備中，這個(gè)電容的容量更小，甚至不用。（3） 共模扼流圈：在普通的濾波器中，往往僅安裝一個(gè)共模扼流圈，利用共模扼流圈的漏電感產(chǎn)生適量的差模電感，起到對(duì)差模電流的抑制作用。有時(shí)，人為地增加共模扼流圈的漏電感，提高差模電感量。共模扼流圈的電感量范圍為1mH至數(shù)十mH，取決于要濾除的干擾的頻率，頻率越低，需要的電感量越大。基本電路對(duì)干擾的濾波效果很有限，僅用在要求最低的場(chǎng)合。要提高濾波器的效果，可在基本電路的基礎(chǔ)上增加一些器件，下面列舉一些常用電路：（1） 強(qiáng)化差模濾波方法一：與共模扼流圈串聯(lián)兩只差模扼流圈，增大

7、差模電感；（2） 強(qiáng)化差模濾波方法二：在共模濾波電容的右邊增加兩只差模扼流圈，同時(shí)在差模電感的右邊增加一只差模濾波電容；（3） 強(qiáng)化共模濾波：在共模濾波電容右邊增加一只共模扼流圈，對(duì)共模干擾構(gòu)成T形濾波；（4） 強(qiáng)化共模和差模濾波：在共模扼流圈右邊增加一只共模扼流圈，再加一只差模電容。 這里所示的基本電路雖然十分簡(jiǎn)單，但是在實(shí)現(xiàn)起來(lái)要注意一些問(wèn)題。其中最重要的問(wèn)題就是濾波的高頻濾波性能問(wèn)題。理想的濾波器應(yīng)該在特定頻率以上具有較大的衰減，但是實(shí)際的濾波器當(dāng)頻率超過(guò)30MHz時(shí)，衰減開(kāi)始減小。我們一般在濾波器廠家提供的插入損耗特性曲線(xiàn)上僅能看到30MHz以下的部分，其中一個(gè)原因就是濾波器的插入損耗

8、在30MHz以上會(huì)減小。當(dāng)然這個(gè)理由是不能公開(kāi)的，因此，公開(kāi)的正當(dāng)理由是：電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)傳導(dǎo)干擾發(fā)射的限制最高只到30MHz，沒(méi)有必要關(guān)心濾波器在30MHz以上的情況。實(shí)際上，這是站不住腳的。盡管各種電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于傳導(dǎo)發(fā)射的限制僅到30MHz（舊軍標(biāo)到50MHz，新軍標(biāo)到10MHz），但是如果對(duì)高頻傳導(dǎo)發(fā)射干擾不能有效的抑制，電源線(xiàn)上的高頻傳導(dǎo)電流會(huì)導(dǎo)致輻射發(fā)射，使設(shè)備的輻射發(fā)射超標(biāo)。另外，瞬態(tài)脈沖敏感度試驗(yàn)中的試驗(yàn)波形往往包含了很高的頻率成分，如果不濾除這些高頻干擾，也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的敏感度試驗(yàn)失敗。提高濾波器的高頻特性是十分重要的。改善濾波器的高頻特性從以下幾個(gè)方面著手。（1） 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

9、：濾波器的連線(xiàn)要按照電路結(jié)構(gòu)向一個(gè)方向布置，在空間允許的條件下，電感與電容之間保持一定的距離，必要時(shí)，可設(shè)置一些隔離板，減小空間耦合。 （2） 電感：控制電感的寄生電容。必要時(shí)，使用多個(gè)電感串聯(lián)的方式。（3） 差模濾波電容：電容的引線(xiàn)要盡量短。要理解這個(gè)要求的含義：電容與需要濾波的導(dǎo)線(xiàn)（火線(xiàn)和零線(xiàn)）之間的連線(xiàn)盡量短。如果濾波器安裝在線(xiàn)路板上，線(xiàn)路板上的走線(xiàn)也會(huì)等效成電容的引線(xiàn)。這時(shí)，要注意保證實(shí)際的電容引線(xiàn)最短。（4） 共模電容：電容的引線(xiàn)要盡量短。對(duì)這個(gè)要求的理解和注意事項(xiàng)同差模電容相同。但是，濾波器的共模高頻濾波特性主要靠共模電容保證，并且共模干擾的頻率一般較高，因此共模濾波電容的高頻特性

10、更加重要。使用三端電容可以明顯改善高頻濾波效果。但是要注意三端電容的正確使用方法。即，要使接地線(xiàn)盡量短，而其他兩根線(xiàn)的長(zhǎng)短對(duì)效果幾乎沒(méi)有影響。必要時(shí)可以使用穿心電容，這時(shí)，濾波器本身的性能可以維持到1GHz以上。4 電源線(xiàn)干擾濾波器的正確使用電源線(xiàn)濾波器雖然從電路結(jié)構(gòu)上看是一個(gè)簡(jiǎn)單的兩端口網(wǎng)絡(luò)，在電路圖表示上就是將濾波器串聯(lián)進(jìn)需要濾波的電路。但是在實(shí)際應(yīng)用中，濾波器的性能與其安裝方式有很大的關(guān)系。可以說(shuō)，安裝方式對(duì)最終的濾波性能起了決定性的作用。這是濾波器不同于其他電子器件的一個(gè)重點(diǎn)所在。也正是由于許多人沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，才會(huì)發(fā)生許多本來(lái)很簡(jiǎn)單的電磁兼容問(wèn)題。電源線(xiàn)濾波器的正確安裝方法是： （

11、1） 濾波器靠近機(jī)箱上的電源端口，并且保持濾波器與電源端口之間的連線(xiàn)最短，最理想的方法，濾波器上帶電源線(xiàn)插座。將濾波器貼裝在機(jī)箱的電源端口處，使實(shí)際的連線(xiàn)長(zhǎng)度為零。（2） 避免濾波器的輸入/輸出線(xiàn)靠得過(guò)近。否則，輸入/輸出線(xiàn)之間的電容會(huì)導(dǎo)致高頻干擾發(fā)生空間耦合，從而將濾波器旁路掉。這種效果對(duì)濾波器的高頻特性影響很大，使濾波器的高頻濾波效果變差。（3） 濾波器的金屬殼要直接貼裝在金屬機(jī)箱上，或塑料機(jī)箱內(nèi)較大的金屬板上。濾波器的外殼上都有一個(gè)接地端子，這無(wú)形中在提醒使用者：濾波器需要接地。因此，在實(shí)際工程中，毫無(wú)例外地看到濾波器的接地端子上都連著一根接地線(xiàn)。但是，為什么要連這根線(xiàn)，卻很少有人知道。這根地線(xiàn)從濾波器設(shè)計(jì)者的角度考慮，是讓使用者將濾波器接到屏蔽機(jī)箱或一塊大金屬板上的。但是，現(xiàn)代電子設(shè)備的干擾頻率很高，通過(guò)一根導(dǎo)線(xiàn)接地，對(duì)于射頻干擾阻抗是很大的，根本不能作為一根良好的地線(xiàn)。許多產(chǎn)品為了降低成本和體積 ，將濾波器直接安裝在線(xiàn)路板上。在使用這種方法時(shí)，要注意的問(wèn)題是，空間的干擾會(huì)直接感應(yīng)到濾波電路上的任何一個(gè)部位，使濾波器失效。因此，這種方式往往僅適合