通訊開關電源的電磁相容性

2022-10-15 04:06:06 字數 3186 閱讀 7987

1引言通訊開關電源因具有體積小、重量輕、效率高、工作可靠、可遠端監控等優點,而廣泛應用於程式控制交換、光資料傳輸、無線基站、有線電視系統及ip網路中,是資訊科技裝置正常工作的動力核心。  隨著資訊科技的發展,資訊科技裝置遍布大江南北,從發達的中心城市至偏遠山區,為人與人之間的溝通交流及資訊傳輸提供了極大的便利。由於城鄉間的差異,通訊裝置的供電網既有穩定的大電網供電方式,也有獨立的小水電供電方式。

在小水電站供電方式下,因水量的變化、使用者用電量的變化較大及發電裝置工作的不穩定,造成電網波形失真嚴重及電壓波動大,同時因配電系統的接線不規範,對通訊用開關電源形成了嚴峻的考驗。  鐵路通訊及電力通訊正在發展壯大。由於電力機車經過之處,產生很強的感應電壓,使地線電壓產生很大的波動,從而引起電網電壓的很大波動,強大的電場容易引起開關電源裝置工作的瞬時不穩定。

在高壓電網附近執行的通訊開關電源,雖然電網電壓穩定,但容易受電網負載變化等引起的強電磁場的干擾影響。  用於基站的通訊開關電源,由於多安裝在較高的建築物上或山頂,更易受到雷電的襲擊。    因此,通訊開關電源要有很強的抗電磁干擾能力,特別是對雷擊、浪湧、電網電壓波動的適應能力,而對靜電干擾、電場、磁場及電磁波等也要有足夠的抗干擾能力,保證自身能夠正常工作以及對通訊裝置供電的穩定性。

    另一方面,因通訊開關電源內部的功率開關管、整流或續流二極體及主功率變壓器,是在高壓、大電流及高頻開關的方式下工作,其電壓電流波形多為方波。在高壓大電流的方波切換過程中,將產生嚴重的諧波電壓及電流。這些諧波電壓及電流一方面通過電源輸入線或開關電源的輸出線傳出,對與通訊電源在同一電網上供電的其它裝置及電網產生干擾,同時對由通訊電源供電的裝置如程式控制交換裝置、無線基站、光傳輸裝置及有線電視裝置等產生干擾,使裝置不能正常工作;另一方面嚴重的諧波電壓電流在開關電源內部產生電磁干擾,從而造成開關電源內部工作的不穩定,使電源的效能降低。

還有部分電磁場通過開關電源機殼的縫隙,向周圍空間輻射,與通過電源線、直流輸出線產生的輻射電磁場,一起通過空間傳播的方式,對其它高頻裝置及對電磁場比較敏感的裝置造成干擾,引起其它裝置工作異常。  因此,對通訊開關電源,要限制由負載線、電源線產生的傳導干擾及由輻射傳播的電磁場干擾,使處於同一電磁環境中的電信裝置均能夠正常工作,互不干擾。    2國內外電磁相容性標準    。

   要徹底消除裝置的電磁干擾及對外部一切電磁干擾訊號不敏感是不可能的。只能通過系統地制訂裝置與裝置之間的相互允許產生的電磁干擾大小及抵抗電磁干擾的能力的標準,才能使電氣裝置及系統間達到電磁相容性的要求。國內外大量的電磁相容性標準,為系統內的裝置相互達到電磁相容性制訂了約束條件。

    國際無線電干擾特別委員會(cispr)是國際電工委員會(iec)下屬的乙個電磁相容標準化組織,早在2023年就開展emc標準的研究,下設六個分會。其中第六分會(scc)主要負責制訂關於干擾測量接收機及測量方法的標準。cispr16《無線電干擾和抗擾度測量裝置規範》對電磁相容性測量接收機、輔助裝置的效能以及校準方法給出了詳細的要求。

cispr17《無線電干擾濾波器及抑制元件的抑制特性測量》制訂了濾波器的測量方法。cispr22《資訊科技裝置的無線電干擾限值和測量方法》規定了資訊科技裝置在0.15~1000mhz頻率範圍內產生的電磁干擾限值。

cispr24《資訊科技裝置抗擾度限值和測量方法》規定了資訊科技裝置對外部干擾訊號的時域及頻域的抗干擾性能要求。其中cispr16、,是目前通訊開關電源電磁相容性設計的最基本要求。    iec最近也出版了大量的基礎性電磁相容性標準,其中最有代表性的是iec61000系列標準。

它規定電子電氣裝置的雷擊、浪湧(surge)、靜電放電(esd)、電快速瞬變脈衝群(eft)、電流諧波、電壓跌落、電壓瞬變及短時中斷、電壓起伏和閃爍、輻射電磁場、由射頻電磁場引起的傳導干擾抗擾度、傳導干擾及輻射干擾等的電磁相容性要求。   另外,美國聯邦委員會制訂的fcc15、德國電氣工程師協會制訂的vde0871 2a1、vde0871 2a2、vde0878,都對通訊裝置的電磁相容性提出了要求。    我國對電磁相容性標準的研究比較晚。

採取的最主要的辦法是引進、消化、吸收,洋為中用是國內電磁相容性標準制訂的最主要方法。2023年,資訊產業部根據cispr22、iec61000系列標準及itu to.41標準,制訂了yd/t983 1998《通訊電源裝置電磁相容性限值及測量方法》,詳盡規定了通訊電源裝置包括通訊開關電源的電磁相容性的具體測試專案、要求及測試方法,為通訊電源電磁相容性的檢驗、達標並通過入網檢測明確了設計目標。

    國標也等同採用了相應的國際標準。如gb/t17626.1~12系列標準等同採用了iec61000系列標準;gb9254 1998《資訊科技裝置的無線電干擾限值及測量方法》等同採用cispr22;gb/t17618 1998《資訊科技裝置抗擾度限值和測量方法》等同採用cispr24。

  3開關電源的電磁相容性問題通訊開關電源因工作在高電壓大電流的開關狀態下,其引起的電磁相容性問題是相當複雜的。從整機的電磁相容性講,主要有共阻抗耦合、線間耦合、電場耦合、磁場耦合和電磁波耦合幾種。電磁相容產生的三個要素為:

干擾源、傳播途徑及受干擾體。共阻抗耦合主要是干擾源與受干擾體在電氣上存在共同阻抗,通過該阻抗使干擾訊號進入受干擾物件。線間耦合主要是產生干擾電壓及干擾電流的導線或pcb線,因並行佈線而產生的相互耦合。

電場耦合主要是由於電位差的存在,產生的感應電場對受干擾體產生的耦合。磁場耦合主要是大電流的脈衝電源線附近產生的低頻磁場對干擾物件產生的耦合。而電磁波耦合,主要是由於脈動的電壓或電流產生的高頻電磁波,通過空間向外輻射,對相應的受干擾體產生的耦合。

實際上,每一種耦合方式是不能嚴格區分的,只是側重點不同而已。    在開關電源中,主功率開關管在很高的電壓下,以高頻開關方式工作,開關電壓及開關電流均為方波,該方波所含的高次諧波的頻譜可達方波頻率的1000次以上。同時,由於電源變壓器的漏電感及分布電容,以及主功率開關器件的工作狀態並非理想,在高頻開或關時,常常產生高頻高壓的尖峰諧波振盪,該諧波振盪產生的高次諧波,通過開關管與散熱器間的分布電容傳入內部電路或通過散熱器及變壓器向空間輻射。

用於整流及續流的開關二極體,也是產生高頻干擾的乙個重要原因。因整流及續流二極體工作在高頻開關狀態,由於二極體的引線寄生電感、結電容的存在以及反向恢復電流的影響,使之工作在很高的電壓及電流變化率下,而產生高頻振盪。因整流及續流二極體一般離電源輸出線較近,其產生的高頻干擾最容易通過直流輸出線傳出。

    通訊開關電源為了提高功率因數,均採用了有源功率因數校正電路。同時,為了提高電路的效率及可靠性,減小功率器件的電應力,大量採用了軟開關技術。其中零電壓、零電流或零電壓零電流開關技術應用最為廣泛。

該技術極大地降低了開關器件所產生的電磁干擾。但是,軟開關無損吸收電路多利用l、c進行能量轉移,利用二極體的單向導電性能實現能量的單向轉換,因而,該諧振電路中的二極體成為電磁干擾的一大干擾源。

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