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1 前語(yǔ)
電力行業(yè)常用的監(jiān)控表面與傳統(tǒng)的電參量變送器對(duì)比，逐漸向智能化、集成化、多儀表磁功用化方向展開，并且在電磁兼容功用上也有很高的需要(EMS和EMI試驗(yàn)均有有關(guān)需要)。方案者怎樣選擇恰鐵氧體黑磁當(dāng)?shù)腅MC方案方案，對(duì)產(chǎn)品方案的勝敗起到?jīng)Q定性效果。這篇文章就怎樣進(jìn)行電力監(jiān)控表面的電磁兼容方案進(jìn)行了概括論說。
2 標(biāo)準(zhǔn)解讀
2.1 判定標(biāo)準(zhǔn)
聯(lián)絡(luò)重工業(yè)產(chǎn)品通用標(biāo)準(zhǔn)，電力監(jiān)控用水表磁電力表面需要滿足的EMS、EMI項(xiàng)目及評(píng)判等級(jí)見圖1。
2.2 標(biāo)準(zhǔn)解讀
煩擾通常分為持續(xù)煩擾和瞬態(tài)煩擾兩類。如廣播電臺(tái)、手機(jī)信號(hào)、步話機(jī)等歸于持續(xù)煩擾。由于開關(guān)切換，電機(jī)制動(dòng)等構(gòu)成電網(wǎng)的不堅(jiān)定，此類煩擾我們稱為瞬態(tài)干 擾。圖1中瞬態(tài)煩擾包含：浪涌SURGE，靜電ESD，電快速脈沖群EFT/B，電壓暫降、短時(shí)間斷和電壓改動(dòng)DIPS；持續(xù)煩擾包含：傳導(dǎo)活絡(luò)度CS， 輻射活絡(luò)度RS。
評(píng)判等級(jí)A所述的“功用不降低”，即煩擾施加后，硬件無危害，煩擾施加過程中無死機(jī)、復(fù)位、數(shù)據(jù)掉幀或誤碼率較高級(jí)問 題，如同無煩擾施加到產(chǎn)品一樣。通常持續(xù)性的煩擾的評(píng)判等級(jí)均選用此評(píng)判等級(jí)。瞬態(tài)煩擾為偶然性發(fā)作，且致使的電網(wǎng)煩擾時(shí)間不長(zhǎng)，故暫時(shí)功用降低，也便是 評(píng)判等級(jí)B。
2.3 EMS試驗(yàn)項(xiàng)目及煩擾實(shí)質(zhì)分析
(1)浪涌SURGE：波形1.2/50μs、8/20μs，是一種脈沖寬度為幾十個(gè)μs的脈沖，是一種傳導(dǎo)性煩擾，因其脈沖帶著較強(qiáng)能量，故需要對(duì)一切功用端口做相應(yīng)程度的防護(hù)，否則會(huì)致使內(nèi)部電路元件的永久性硬危害。
(2)靜電EMD：波形上升沿為0.7-1ns，是一種脈沖寬度為幾十個(gè)ns的脈沖，因其峰值電壓計(jì)劃在數(shù)千至上萬(wàn)伏，故脈沖也具有一定的能量，須在端 口做防護(hù)。由于其上升沿很陡，故其帶著的高頻諧波很豐盛，可達(dá)500MHz，所以靜電在表面一切暴露的金屬部件（包含端子，螺釘?shù)龋┻M(jìn)行觸摸放電或孔縫 （包含LED指示燈的開孔，各種散熱和查詢孔）時(shí)，或分別對(duì)水平耦合板和垂直耦合板直接放電時(shí)，均會(huì)在放電點(diǎn)瞬時(shí)構(gòu)成一個(gè)高頻電場(chǎng)，通過空間對(duì)電路進(jìn)行干 擾，這種煩擾是共模煩擾。因而，靜電方案時(shí)應(yīng)留心端口保護(hù)和空間高頻輻射場(chǎng)兩方面內(nèi)容。
(3)電快速脈沖群EFT/B：波形上升沿為5ns，波形為數(shù)個(gè)周期脈沖串的組合，能量很低。煩擾的性質(zhì)和靜電一樣是共模，煩擾路徑既包含傳導(dǎo)也包含輻射。
(4)傳導(dǎo)活絡(luò)度CS：共模煩擾，煩擾頻段從150KHz到80MHz。在進(jìn)行項(xiàng)目試驗(yàn)時(shí)，其煩擾信號(hào)源至表面的線纜長(zhǎng)度與煩擾頻段（30MHz）對(duì)應(yīng) 的波長(zhǎng)λ的1/4對(duì)比，故在施加煩擾電壓的調(diào)制頻率逾越30MHz時(shí)，因趨膚效應(yīng)，煩擾信號(hào)首要以空間輻射方法出現(xiàn)（低于30MHz時(shí)，首要還是以傳導(dǎo)方 式煩擾）。
(5)輻射活絡(luò)度RS：共模煩擾，煩擾頻段從80MHz到1GHz。需留心，外拖的線纜充當(dāng)接收天線，煩擾為電磁場(chǎng)的遠(yuǎn)場(chǎng)。
2.4 EMI試驗(yàn)項(xiàng)目及煩擾實(shí)質(zhì)分析
EMI試驗(yàn)包含傳導(dǎo)發(fā)射CE和輻射發(fā)射RE。CE查詢的頻段為150KHz~30MHz，RE查詢的頻段為MHz~1GHz，通常按A類設(shè)備需要。對(duì)電 力表面而言，首要查詢其內(nèi)部電源（通常為開關(guān)電源）、晶振(包含有源晶振和無源晶振)等首要打擾源通過天線(由外拖線纜充當(dāng))構(gòu)成的傳導(dǎo)和輻射，在方案時(shí) 應(yīng)分外留心對(duì)上述打擾源的處理。
3 電磁兼容方案方法
3.1 電磁兼容方案的底子思路
出現(xiàn)EMC疑問，必須有煩擾源，耦合路徑及活絡(luò)設(shè)備三要素，短少任何一個(gè)環(huán)節(jié)，均不能構(gòu)成EMC疑問。因而，關(guān)于EMC疑問，其方案便是關(guān)于三要素中的 一個(gè)或幾個(gè)采用技能措施，束縛或消除其影響，底子思路可分為“堵”和“疏”兩類。“堵”便是通過增加共模濾波器，選用光耦等隔絕或線纜套磁環(huán)等方法增加共 模阻抗Z；“疏”便是通過電容構(gòu)成高頻通路，將共模煩擾引入阻抗更低的地(PE)或金屬殼。一個(gè)EMC方案通常可以通過既“堵”又“疏”的方法，在本錢增 加不大的情況下，可獲得較好的EMC功用。
3.2 EMC處理方法
屏蔽、接地和濾波是EMC處理的三種方法。在下文中將詳細(xì)說明。
4 原理圖級(jí)方案
在判定表面需要滿足的電磁兼容項(xiàng)目及試驗(yàn)等級(jí)后，在原理圖方案時(shí)就有必要對(duì)有關(guān)試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行方案，最大程度降低電磁兼容風(fēng)險(xiǎn)和節(jié)約項(xiàng)目開發(fā)時(shí)間。
4.1 端口方案
表面的端口包含電源端口及信號(hào)端口，在EMC檢驗(yàn)項(xiàng)目中關(guān)于端口的試驗(yàn)包含浪涌SURGE，靜電ESD，電快速脈沖群EFT/B，傳導(dǎo)活絡(luò)度CS，傳導(dǎo) 發(fā)射CE，電壓暫降、短時(shí)間斷和電壓改動(dòng)DIPS。因而在方案中應(yīng)遵從先進(jìn)行浪涌防護(hù)后進(jìn)行隔絕/共模濾波的次第進(jìn)行。
(1) 浪涌防護(hù)方案
根據(jù)表面端口的定義，浪涌分為差模浪涌和共模浪涌?jī)煞N。如信號(hào)端口（也包含工作電源端口）的進(jìn)線和回線間為差模浪涌，電路的進(jìn)線和回線分別對(duì)地（接地端子）為共模浪涌。
克制浪涌最常用的器件便是浪涌克制器件，如氣體防電管、壓敏電阻、TVS。不一樣的端口根據(jù)其功用，選用不一樣的組合方案進(jìn)行浪涌的防護(hù)。例如，當(dāng)表面是三相四線輸入，由于電壓端口為高阻輸入，在浪涌等級(jí)需要不太高時(shí)，通常無須選用壓敏電阻和氣體放電管。
(2) 共模濾波器的方案
通過在端口鄰近方案共模濾波器，對(duì)共模煩擾進(jìn)行旁路。濾除共模煩擾也可采用方案隔絕元件等增大共模阻抗的方法或通過電容接地（假設(shè)端口方案有接地端子，應(yīng)滿足相應(yīng)安全需要）的方法來完結(jié)。
方案共模濾波器，首先應(yīng)明晰共模煩擾的頻段，以便選擇適合的電感、電容參數(shù)。若需要一同克制低、中、高頻的共模煩擾，有時(shí)可選用低頻和高頻共模濾波器串聯(lián)的方法來處理。
表面電源端口通常選用開關(guān)電源，由于開關(guān)電源是一個(gè)首要的對(duì)外煩擾源，需要在端口方案EMI濾波器。別的，從EMS角度考慮，由于隔絕變壓器的輸入輸出間存在較大的分布電容，高頻共模煩擾可以毫無衰減地從輸入耦合至輸出，因而也需要在開關(guān)電源前方案濾波器。
電源端口底子濾波電路結(jié)構(gòu)見圖2。當(dāng)無PE時(shí)，共模電容省掉。共模扼流圈在繞制中會(huì)發(fā)作1%支配的漏感，可直接利用來進(jìn)行差模濾波，若要加強(qiáng)差模濾波， 則可在扼流圈后增加差模電感方案。需要側(cè)重的是，圖2所示濾波器在進(jìn)行PCB布板時(shí)，應(yīng)盡量擺放在挨近于端口的方位，且印制線走線應(yīng)留心操控環(huán)路面積，讓 濾波器獲得最大的插入損耗。
4.2 活絡(luò)電路及器件方案
在方案中需要留心對(duì)易接收電磁煩擾的電磁活絡(luò)電路和器件的方案。盡量選用抗擾度高的器件，在功用滿足的情況下，盡量降低晶振的頻率，盡量選擇上升沿較緩的器件。
電容、電感非理想器件的寄生參數(shù)，在高頻時(shí)將會(huì)大大影響其濾波效果，所以對(duì)不一樣頻段的煩擾信號(hào)應(yīng)選擇不一樣的濾波參數(shù)。以電容為例，其頻率阻抗曲線見圖 3。這兒需要側(cè)重的是，該類器件的引線過長(zhǎng)時(shí)，其高頻下寄生參數(shù)會(huì)降低自身的諧振頻率，建議盡量選用貼片器件。一個(gè)常用的做法是選擇參數(shù)相差100倍的電 容進(jìn)行并聯(lián)，以保證在其較寬的頻段計(jì)劃內(nèi)始終保持電容特性。
數(shù)字芯片均應(yīng)做去耦方案，分外是帶著豐盛高次諧波的數(shù)字電源引腳，通常用0.1uF電容與1nF電容并聯(lián)。關(guān)于數(shù)字芯片中因結(jié)構(gòu)、傳輸路徑等客觀因素影響的要害信號(hào)均應(yīng)做去耦方案，去耦時(shí)應(yīng)留心不要影響信號(hào)的正常傳輸。
關(guān)于分外活絡(luò)的電路單元，在本錢答應(yīng)和結(jié)構(gòu)方案時(shí)應(yīng)充沛考慮，關(guān)于輻射試驗(yàn)項(xiàng)目(RS和RE)屏蔽材料選擇鋁或銅等金屬，方案時(shí)為保證滿足的屏蔽效能應(yīng)保證低接地阻抗，在此不作詳細(xì)說明。
5 結(jié)構(gòu)級(jí)、PCB級(jí)方案
結(jié)構(gòu)上需要考慮靜電放電、射頻電磁場(chǎng)輻射、輻射發(fā)射三項(xiàng)EMC試驗(yàn)項(xiàng)目，下面首要以因結(jié)構(gòu)束縛，在PCB方案中常出現(xiàn)的一些疑問進(jìn)行分析。
多見疑問一，表面因自身結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)部常由幾塊PCB構(gòu)成，PCB之間通過插針、互聯(lián)排線等聯(lián)接，怎樣進(jìn)行EMI防護(hù)？
這些都是EMC最為脆弱的環(huán)節(jié)，當(dāng)連線長(zhǎng)度與煩擾頻率的波長(zhǎng)可對(duì)比時(shí)，既簡(jiǎn)略接收到外界的煩擾，也簡(jiǎn)略將內(nèi)部煩擾帶出產(chǎn)品，致使EMI超標(biāo)。
方案時(shí)可從以下三方面著手處理：①對(duì)插針中傳遞的信號(hào)進(jìn)行濾波；②盡量減少插針、互聯(lián)排線的長(zhǎng)度（從技能角度可將其捆扎）；③增加地針數(shù)目，最好選用“地--信號(hào)1--地--信號(hào)2--地--信號(hào)3--地”方法，減少信號(hào)的回路面積，降低不一樣PCB之間的Zgnd.
多見疑問二，關(guān)于液晶顯示屏，LED指示燈，孔縫等怎樣進(jìn)行靜電ESD防護(hù)？
在方案中建議對(duì)液晶顯示屏采用透明材料絕緣處理，或增大與內(nèi)部電路的放電距離。
PCB布線時(shí)應(yīng)留心：①濾波器方案時(shí)不要讓輸入輸出分隔，防止耦合，最好選用“一”或“L”型；②對(duì)要害芯片的活絡(luò)信號(hào)去耦時(shí)，去耦電容應(yīng)緊靠其管腳， 以減小回路面積；③活絡(luò)信號(hào)不能從晶振底部穿越，也不能離挨近表面端口，長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，應(yīng)留心選用包地方法；④盡量縮短要害信號(hào)的傳遞路徑距離，選用伴地 方案時(shí)，留心增加地過孔的數(shù)目；⑤留心不要讓敷地存在地割裂情況；⑥通過增加距離來降低相信號(hào)通道間的空間耦合；⑦通過正交來處理PCB頂層和底層信號(hào)的 互相影響；⑧仿照地和數(shù)字地在一點(diǎn)處聯(lián)接，A/D通常視作仿照器件。
多見疑問三，怎樣“接地”？一個(gè)產(chǎn)品只需一個(gè)接地址。因而，關(guān)于接 地址方位的選擇非常首要，方案時(shí)應(yīng)保證接地址位于煩擾信號(hào)寫入端口且具有低的接地阻抗，通過電容可對(duì)共模煩擾信號(hào)能進(jìn)行旁路。若表面端口方案時(shí)預(yù)留了一個(gè) 接地端子，可以是前端三相四線輸入電壓（La、Lb、Lc、N）的保護(hù)地PE，也可以是其交流工作電源（L、N）的保護(hù)地ＰＥ或許還有可能是RS485通 訊（A、B）的保護(hù)地PE/屏蔽地FG。
地方案時(shí)還應(yīng)保證這個(gè)地是潔凈的地，即EMC中所述的“靜地”。本地不潔凈時(shí)，共模煩擾信號(hào)可能會(huì)從地反竄流入信號(hào)構(gòu)成地污染，所以結(jié)構(gòu)方案和PCB方案時(shí)，常用做法是在端口預(yù)留一塊銅箔，讓其與內(nèi)部其它信號(hào)切割開來，且留有一定的距離（安全需要考慮）。
6 結(jié)束語(yǔ)
電子產(chǎn)品在進(jìn)行功用方案時(shí)，就需要進(jìn)行電磁兼容方面的考慮，電力監(jiān)控用電力表面也不破例。EMC方案需要從原理圖、PCB和結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行概括考慮，并根據(jù)實(shí)踐情況進(jìn)行互相調(diào)整，這樣才能最大程度的降低EMC風(fēng)險(xiǎn)，減少EMC整改本錢，畢竟?jié)M足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的需要。