電源線的干擾問題與解決方法參考模板

1、電源線的干擾問題與解決方法電源線上的干擾問題包括兩個方面，一個是電網(wǎng)上的干擾通過電源線傳入設備，另一個是設備內(nèi)的干擾通過電源線傳導進電網(wǎng)。前者是傳導抗擾度的問題，后者是傳導干擾發(fā)射的問題。在設計中，對這兩個方面的問題都要采取措施予以解決。 1 傳導抗擾度電網(wǎng)上的干擾可以分為連續(xù)的干擾和瞬態(tài)的干擾。這些干擾既可以來自共用電網(wǎng)的其他設備產(chǎn)生的傳導性干擾，也可以由空間的電磁波在電力線上感應產(chǎn)生共模干擾。對于設備威脅最大的干擾是幅度很大的瞬態(tài)干擾。這種瞬態(tài)干擾主要有兩個來源，一個是電網(wǎng)上的感性負載斷開時產(chǎn)生的脈沖電壓，另一個是附近發(fā)生雷電時在電力線上感應的脈沖電壓。感性負載斷開時瞬態(tài)干擾產(chǎn)生的機理如圖

2、1所示。在電感負載的電路中，當開關斷開時，根據(jù)電感的特性，電感上的電流不能突然消失，為了維持這個電流，電感上會產(chǎn)生一個很高的反電動勢E，根據(jù)楞次定律，這個電壓為：E = dj / dt = -L ( di / dt )j = 電感中的磁通（T×m2）L = 電感（H）i = 電感中的電流（A） 這個反電動勢向電感的寄生電容C反向充電。隨著充電電壓的升高，觸點上的電壓也升高，當達到一定程度時，將觸點擊穿，形成導電通路，電容C開始放電，電壓開始下降，當電壓降到維持觸點空氣導通的電壓以下時，通路斷開，又重復上面的過程。這種過程一直重復到由于觸點之間的距離增加，電容上的電壓不能擊穿觸點為止。

3、當電容上的電壓不能通過擊穿觸點放電時，就通過電感回路放電，直到電感中的能量耗盡為止。關于這種干擾的說明如下： （1） 隨著觸點的距離越來越遠，擊穿觸點需要的電壓越來越高，因此電容上的電壓越來越高。（2） 隨著擊穿觸點需要的電壓越來越高，電容充電的時間越來越長，因此震蕩波形的頻率越來越低。（3） 電容C每次擊穿觸點向電源回路反向放電時，會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，從而對共用這個電源的其他電路造成影響。（4） 從理論上講，這種干擾僅發(fā)生在控制感性負載的機械觸點斷開的瞬間，但是，實際當觸點閉合時，也會發(fā)生干擾，這種干擾是由于機械觸點跳躍

4、產(chǎn)生的。這種干擾的特點是不是單個脈沖，而是一連串的脈沖，因此，它對電路的影響較大。因為一連串的脈沖可以在電路的輸入端產(chǎn)生累計效應，使干擾電平的幅度最終超過電路的噪聲門限。從這個機理上看，脈沖串的周期越短，則對電路的影響越大。因為當脈沖串中的每個脈沖相距很近時，電路的輸入電容沒有足夠的時間放電，就又開始新的充電，容易達到較高的電平。1 / 5針對感性負載斷開時產(chǎn)生的干擾和附近發(fā)生雷電時產(chǎn)生的干擾這兩種現(xiàn)象，在電磁兼容試驗中，有對應的“電快脈沖試驗”和“浪涌”試驗。浪涌的特點是脈沖寬度寬，能量大。2 傳導干擾發(fā)射設備產(chǎn)生傳導干擾發(fā)射的主要原因是設備中的開關電源。開關電源雖然有體積小、效率高、調(diào)壓范

5、圍寬等優(yōu)點，但是干擾問題十分突出。開關電源產(chǎn)生的干擾主要有兩種，一種是電源奇次諧波發(fā)射，另一種是開關頻率的射頻發(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，開關頻率的射頻發(fā)射是由于流過開關管和變壓器的電流是脈沖波形所至（圖2）。3 電源線干擾濾波器的原理除了浪涌干擾以外，各種形式的傳導干擾問題（傳導發(fā)射和抗擾度）都可以通過電源線濾波器解決。電源線濾波器的基本結構如圖3所示。 圖中各個器件的作用如下：（1） 差模濾波電容：跨接在火線和零線之間，對差模電流起旁路作用。 電容值為0.11F。（2） 共模濾波電容：跨接在火線或零線與機殼地之間，對共模電流起旁路作用，電容值不能過大，否則會

6、超過安全標準中對漏電流（3.5mA）的限制要求，一般在10000pF以下。醫(yī)療設備中對漏電流的要求更嚴，在醫(yī)療設備中，這個電容的容量更小，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，起到對差模電流的抑制作用。有時，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?；倦娐穼Ω蓴_的濾波效果很有限，僅用在要求最低的場合。要提高濾波器的效果，可在基本電路的基礎上增加一些器件，下面列舉一些常用電路：（1） 強化差模濾波方法一：與共模扼流圈串

7、聯(lián)兩只差模扼流圈，增大差模電感；（2） 強化差模濾波方法二：在共模濾波電容的右邊增加兩只差模扼流圈，同時在差模電感的右邊增加一只差模濾波電容；（3） 強化共模濾波：在共模濾波電容右邊增加一只共模扼流圈，對共模干擾構成T形濾波；（4） 強化共模和差模濾波：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單，但是在實現(xiàn)起來要注意一些問題。其中最重要的問題就是濾波的高頻濾波性能問題。理想的濾波器應該在特定頻率以上具有較大的衰減，但是實際的濾波器當頻率超過30MHz時，衰減開始減小。我們一般在濾波器廠家提供的插入損耗特性曲線上僅能看到30MHz以下的部分，其中一個原

8、因就是濾波器的插入損耗在30MHz以上會減小。當然這個理由是不能公開的，因此，公開的正當理由是：電磁兼容標準中對傳導干擾發(fā)射的限制最高只到30MHz，沒有必要關心濾波器在30MHz以上的情況。實際上，這是站不住腳的。盡管各種電磁兼容標準中關于傳導發(fā)射的限制僅到30MHz（舊軍標到50MHz，新軍標到10MHz），但是如果對高頻傳導發(fā)射干擾不能有效的抑制，電源線上的高頻傳導電流會導致輻射發(fā)射，使設備的輻射發(fā)射超標。另外，瞬態(tài)脈沖敏感度試驗中的試驗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，也會導致設備的敏感度試驗失敗。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方面

9、著手。（1） 內(nèi)部結構：濾波器的連線要按照電路結構向一個方向布置，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，可設置一些隔離板，減小空間耦合。 （2） 電感：控制電感的寄生電容。必要時，使用多個電感串聯(lián)的方式。（3） 差模濾波電容：電容的引線要盡量短。要理解這個要求的含義：電容與需要濾波的導線（火線和零線）之間的連線盡量短。如果濾波器安裝在線路板上，線路板上的走線也會等效成電容的引線。這時，要注意保證實際的電容引線最短。（4） 共模電容：電容的引線要盡量短。對這個要求的理解和注意事項同差模電容相同。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

10、共模濾波電容的高頻特性更加重要。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，要使接地線盡量短，而其他兩根線的長短對效果幾乎沒有影響。必要時可以使用穿心電容，這時，濾波器本身的性能可以維持到1GHz以上。4 電源線干擾濾波器的正確使用電源線濾波器雖然從電路結構上看是一個簡單的兩端口網(wǎng)絡，在電路圖表示上就是將濾波器串聯(lián)進需要濾波的電路。但是在實際應用中，濾波器的性能與其安裝方式有很大的關系?？梢哉f，安裝方式對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重點所在。也正是由于許多人沒有認識到這一點，才會發(fā)生許多本來很簡單的電磁兼容問題。電源線濾波器

11、的正確安裝方法是： （1） 濾波器靠近機箱上的電源端口，并且保持濾波器與電源端口之間的連線最短，最理想的方法，濾波器上帶電源線插座。將濾波器貼裝在機箱的電源端口處，使實際的連線長度為零。（2） 避免濾波器的輸入/輸出線靠得過近。否則，輸入/輸出線之間的電容會導致高頻干擾發(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箱上，或塑料機箱內(nèi)較大的金屬板上。濾波器的外殼上都有一個接地端子，這無形中在提醒使用者：濾波器需要接地。因此，在實際工程中，毫無例外地看到濾波器的接地端子上都連著一根接地線。但是，為什么要連這根線，卻很少有人知道。這根地線從濾波器設計者的角度考慮，是讓使用者將濾波器接到屏蔽機箱或一塊大金屬板上的。但是，現(xiàn)代電子設備的干擾頻率很高，通過一根導線接地，對于射頻干擾阻抗是很大的，根本不能作為一根良好的地線。許多產(chǎn)品為了降低成本和體積 ，將濾波器直接安裝在線路板上。在使用這種方法時，要注意的問題是，空間的干擾會直接感應到濾波電路上的任何一個部位，使濾波器失效。因此，這種方式往往僅適合