設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干擾進行指標分析，可作為電源設計的參考。關鍵詞：設備電源 電磁兼容性
1、引言
電源是電子電氣設備不可缺少的觸源，也是較強的電磁干擾源，然而發現對電源提出電磁兼容性指標要求的依據比較缺乏，需要在各個標準中選取相關內容，并且要求與電子電氣設備的需求相匹配。
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，二次電源可以是獨立的設備，也可以與電子電氣線路制成一體，此時二次電源是設備的組成部分。
一次電源是獨立的電氣設備，由于其能量較大，離電子設備較遠，雖然電磁輻射不是主要干擾源，但它的傳導干擾卻是不可忽視的。
二次電源的品種較多、數量大，有時可占電子設備的1/3~1/4，二次電源及相應電子線路可在供電線上產生傳導干擾，直接影響傳導**（ce）指標。
2、一次電源的電磁兼容性指標分析
一次電源例如機動電站、不間斷（ups）電站等，它們電源能量大，有較強電磁干擾，只是由于電源離其它設備較遠，因此主要以供電線內的傳導干擾為主。
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的相關標準較少，只有gjb151-86標準中有油機發電機，不間斷供電及移動式電站有相關電磁兼容指標，但該標準被gjb151a-97標準替代后，新標準中未涉及電站的電磁兼容性指標要求。根據相關規定，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標準，其界限值曲線在25mhz以下，比一般設備輻射**高30db左右，80mhz以上與一般設備相近，這個曲線形狀與高壓的間隙放電的電磁干擾很相近。
在gjb151標準中電站的電磁敏感度為5v/m~10v/m，這數值與gb/t17626.3的電磁場抗擾度相當。由于電站屬于強電設備，一般都能滿足電磁輻射敏感度要求。
2.2 一次電源的傳導干擾分析
一次電源的傳導**可對二次電源造成干擾。
（1）頻譜傳導干擾
二次電源（包括二次電源的負載設備）對傳導干擾的敏感度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gj181a飛機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**的電平滿足圖2要求，就能保二次電源（包括電源負載）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。
工程實踐發現，用電氣電子技術的電源，其諧波量往往不滿足圖2曲線要求，需要采用功率因數校正（pfc）技術和諧波抑制技術，對頻率**5khz的傳導干擾才可以采用電源濾波器。
（2）瞬態傳導干擾
根據gjb151a標準中cs106電源尖峰信號敏感度要求，二次電源（包括二次電源的負載）能經受幅度達100v~400v，脈沖寬度為5μs~10μs的尖峰信號干擾，要求設備能正常工作。
而根據gjb181a飛機供電特性和gjb1389a系統電磁兼容性要求，一次電源的瞬態小于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。
由上述分析認為一次電源的尖峰干擾幅度值與二次電源瞬態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
由于負載的通斷引起供電電壓的波動，瞬態波形大約為70ms~80ms，通常稱為浪涌，向下浪涌就是電壓跌落。
由于供電負載**過正常允許范圍所產生的電壓波動稱為欠壓和過壓，它不是正常供電狀態，只是在特殊狀態下使用。
由gj181a飛機供電特性標準可知，正常浪涌可達+56%~ -30%，因為正常浪涌的時間很短，一般在二次電源內有濾波電容起到貯能作用，浪涌對電子電氣設備影響不大。
而欠壓和**壓持續的時間可達數十秒，例如電機啟動或大負載短期工作，此時過低或過高電壓可引起設備工作異常，需要對電網進行改進設計，例如用小功率不間斷電源（ups）保持對電子設備正常供電；此外現在設計的二次開關電源，可達到50hz和400hz電網通用，在欠壓達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
三相穩態交流電壓和矢量差，形成了三相不平衡電壓，一般要求三相不平衡電壓小于3v（當負載不平衡時可達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），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，當中線接地時，零線電流可引起電磁干擾，嚴重時可產生故障。
為了避免零線電流引起干擾，有的設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分析
二次電源如開關電源、線性穩壓電源和逆變電源等是較強電磁干擾源。
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，所以需要進行電磁屏蔽，現在有些**電源模塊的外殼作成散熱片形式，其殼體可以認為是電磁屏蔽體，有利于抑制電源的輻射干擾。
由于二次電源的功率不算小，電源內部運行的電流也較大，一般都有較高抗輻射干擾能力，當電源能滿足輻射**指標要求時，輻射敏感度指標都能達到要求。
3.2 二次電源的傳導電磁干擾分析
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**和傳導敏感度要求，由于二次電源輸入端口的傳導敏感度cs101前文已闡述，下文主要闡述輸出端口的傳導電磁干擾。
（1）二次電源輸出端口的傳導敏感度分析
二次電源輸出端口的電磁兼容性沒有相關標準，但在工程上確有其要求。
一般認為二次電源負載的傳導**對二次電源的敏感度影響不大，然而負載端的電流倒灌可引起二次電源輸出端電壓提升，這是由于半導體器件要求電源品種的多樣性，導致較高電壓的電源通過半導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。
一般在較低電壓的電源輸出端加導流電阻，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作用。
（2）二次電源輸出端的傳導**
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字電路的影響有較大差別。
a．模擬電路對二次電源傳導**的要求對電子電氣設備而言，二次電源就是供電網，或任何其它設備抑制從其供電網來的傳導干擾的程度稱為抗電網干擾系數，iec的tc-18標準建議抗電網干擾系數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有關供電電壓為5v的a/d變換器，十二位的分辨率為1.22mv。
b．數字電路對電源傳導**的要求
數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、結束語
綜上所述，電源的電磁兼容性指標要求是重要的指標要求項目內容，但由于電源的特殊性，一些指標被融合在性能特性中，需要從中提煉。此外，由上述分析可知，電源的傳導電磁干擾比輻射電磁干擾為**，相關設計師應給予充分重視，需采取相應措施，減少對電子電氣線路的影響。
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