如何进行交流稳压电源的EMC设计

2020年3月24日 0 By imlol

  的一项主要目标要求。基于对交换稳压电源利用价值的要求,其EMC机能该当是除了本身能达到较高严格度品级的抗扰度目标及及格的电磁干扰限制外,更主要的是要为其负载(对E敏感的电子设备)供给充沛的EMC 平安裕度。本文连系对产物的EMC机能要求,对相关要求与

  电磁兼容(ElectromagneTIcCompaTIbility,简称 EMC)是电工、电子产物主要的一项质量目标。能够认为产质量量次要由质量规范与手艺目标两大内容形成。前者涉及通用规范,即国际上IEC,国内由国度制定的根本性尺度;后者是产物功能的划定及其手艺要求。电磁兼容与平安要求是根本性尺度。此刻EMC已从根本尺度、通用尺度、族尺度、不断到产物尺度,构成完整的系统。此外,国际上还无为此特地立法。如欧洲联盟已制定律例,划定从1996年1月1日起,电工、电子产物必需取得低压办理(LVDirecTIve)与电磁兼容办理(EMCDirecTIve)及格认定后,才能在市场上发卖。这些年来不竭有新的EMC尺度在国内正式发布。但要指出的是,IEC相关EMC尺度将不竭从草案或旧版本上升为正式版本,国度相关EMC尺度也将不竭更新、发布,相关EMC测试应以最新版本为准。

  (2)对其在划定电磁骚扰强度的电磁情况前提下进行敏感度测试以便确认能否合适相关尺度划定的抗扰度要求。

  (ElectromagneticDisturbance)及抗扰度(ImmunitytoaDisturbance);后者以前常用敏感度(Susceptibility)这个术语。因为电磁干扰的发生决定于干扰源的强度、干扰的耦合体例、仪器设备对干扰的敏感程度这3要素。因而,相关尺度对EMC的机能要求与测试方式除了按分歧性质、分歧品种分为分歧项目外,还按电磁骚扰传布体例分歧分为两类:即传导干扰与辐射干扰。前者次要检测被测设备通过电源线或信号线向别传导工频电源谐波、高频噪声的强度与频次范畴,这属于电磁骚扰的近场与感应场效应。后者则检测被测设备向外间接辐射射频噪声的强度与频次范畴,此次要针对电磁骚扰的远场效应。值得留意的是近几年来国际上对电源谐波干扰与设备的抗扰度要求这两方面内容出格关心。前者涉及公用电网的环保要求。后者则为了包管设备或系统的工作靠得住性。为此,很多尺度还出格将电源谐波电流含量要求与抗扰度作为两大手艺要求从EMC项目平分离出来,零丁立项。必需指出,对于消息社会来说,因消息手艺设备工作变态而受的丧失往往难以用货泉来权衡。在不成能完全避免电磁骚扰的现实前提下,在划定的电磁情况前提下提高产物抗扰度能力具有出格主要的意义。

  具体地说,出产厂家对产物进行EMC具体项目标例行测试除了确定产物的EMC机能能否合适国度、行业尺度划定的要求外(据国表里文献报道,没有实行当真的EMC设想与摸底测试并采纳足够的手艺办法,很难通过EMC测试),还能评价外界电磁骚扰对产物的影响程度及相关抑止办法的无效性,查明产物遭到EMC试验粉碎的具体缘由(来历及感化路子)以便采用响应办法。因而,在产物设想定型初期就进行EMC测试是产物进入商品化的必不成少的一项工作。从别的一个方面来说,领会产物EMC机能,是商检及用户承认产物的一个主要要素。所有这些都需要领会相关EMC的机能要求与测试学问。

  电源产物的EMC测试有其特殊性要求,其特殊性是由该类产物功能所决定的。起首电源产物作为供电电源(一般为市电)与为之办事的负载(典型为对电磁骚扰较敏感的消息手艺设备)之间的电力接口,其根基功能是包管所接负载不受电源要素的影响而工作变态或损坏。如许对电源产物的EMC要求较其它产物理所当然要更高。这里最典型的例子就是相关对电源产物EMC尺度要求应对电源产物的输入源端与输出负载端别离进行传导干扰测试。此外,若电源产物是系统工作不成贫乏的一部门(如UPS),并且该产物又是作为通用产物发卖时,那么该产物可能要进行二次 EMC测试。一次是测试产物本身尺度划定的EMC机能特征;第二次则按照用户看法与其所属的系统配合进行系统的EMC测试。

  大量研究表白,来自市电的电磁骚扰是一类最次要的、最恶劣的电磁骚扰。只需能处理该类干扰,则抗扰度问题也就根基处理了。故有人称当今消息社会的手艺特征为“一机三件”,即计较机与硬件、软件、电力件。如许,作为市电与电子设备出格是消息手艺设备之间电力接口的交换稳压电源,该当具有无效的电力滤波器功能的感化,至多该当对电磁骚扰有较着的衰减抑止感化。这点该当作为交换稳压电源一个必备的功能。天然,对于具有抗干扰功能的交换稳压电源,不该仅仅提高本人的抗扰度机能,更该当具备使接在其输出端,对EMI敏感的电子产物的EMC机能,获得较大的EMC平安裕度,这才是对干扰噪声有净化功能的抗干扰型交换稳压电源名副其实的一大功能要求。这也就是SJ/T10541-94《抗干扰型交换稳压电源通用手艺前提》的编制根据之一。

  另一方面,有些与EMC雷同的要求已体此刻电源产物的机能目标上。例如,交换稳压电源的源电压效应与输出电压总相对谐波含量要求。此外,一些仅对弱电电子设备较敏感的EMC项目,如抗工频磁场干扰、静电放电、辐射电磁场干扰等对大功率电工设备可能影响不大,故在SJ/T10541-94中不列为必需测试项目。如许,对交换稳压电源的EMC要求就有与其它电工、电子产物分歧的特殊处所。

  EMC测试要求按照产物用处分为3大类:即军用类、工商情况利用类、民用及栖身区情况利用类。后两者的测试项目、要求、方式等均较分歧,差别在于对目标要求上。军用类,因其利用特殊性与后2类有较大差别。此外,航空、船舶设备也因其利用特殊性,除了同军用设备一样有较高要求外,还有国际通用的尺度规范。基于市场上发卖的交换稳压电源的利用前提,本文重点申明后2类。

  鉴于社会上对EMC问题日益关心,涉及的专业与产物良多,IEC已将EMC要求作为 IEC的根本尺度来看待。这就是出名的IEC61000系列尺度。该尺度在国际上已视为与平安尺度划一主要的通用尺度。此中之一的IEC61000-4 《测试手艺》是指点相关EMC测试的根本尺度。因为EMC手艺是一门复杂的、涉及多门学科的、不竭成长的新手艺,相关EMC测试项目、要求、方式也在不竭修订、完美。因而,IEC61000-4中很多项目仍未正式发布,还处于草案之中。为了便于读者领会这方面学问,我们对涉及交换稳压电源的项目作一引见,对于相关国度尺度采用的IEC项目则重点引见。

  IEC61000-4-4:ElectricalFastTransients(Burst)ImmunityTest(电快速瞬变脉冲群),SJ/T10541-94与SJ/T10542-94采用了该尺度。该项目标目标在于验证设备在承受切换瞬变(感性负载中缀、跳开等)发生的各类瞬时干扰时的抗干扰机能。其试验严格度品级(在电源输入端上的干扰发生器(50Ω内阻)开路输出试验电压)别离为1 级,0.5kV;2级,1kV;3级,2kV;4级4kV。

  IEC61000-4-5SurgeTransientsImmunityTest(电涌或浪涌)。该项内容临时处于草案之中。与此相关的可参考出名的IEC801-5及美国尺度IEEEstd587?1980 《IEEEGuideforSurgeVoltagesinLow-VoltageACPowerCircuits》(IEEE导则:低压交换电力电路内的电涌)。电子行业尺度SJ/T10541-94及SJ/T10542-94援用了该方面的部门内容。该项目标目标是验证设备在承受由电力切换、雷电发生的高能电涌时的抗干扰机能。其严格度品级的划分同上,但干扰发生器的输出阻抗为2Ω,而前者为50Ω。干扰发生器输出分隔路电压波1.2×50μs(对高阻负载)与短路(放电)电流波8×20μs(对低阻负载)两类。雷同测试要求在很多电工电子产物尺度中都已列出。

  除此之外,国际上还有采用高频尖峰噪声敏感度测试。出格是日本,这项测试很遍及。美国军用尺度MILSTD461、462采用雷同项目,但要求利用的噪声模仿发生器的功率弘远于前者。国内也有雷同尺度,如GB4859-84中的 50kHz~100MHz电源线传导敏感度测试;GJB151-86,GJB152-86中的CS06项目,噪声为矩形脉冲波。此外,GB6162-85(参照采用IEC255-4)则采用衰减振荡波。SJ/T10541-94与SJ/T10542-94建议对这两种体例肆意选择此中之一。该项目标目标同IEC61000-4-4。矩形脉冲波的特点是快速上升及低反复率,衰减振荡波的特点是高幅值、低能量。对含无数字电路的产物,用矩形脉冲波较能申明对干扰的敏感程度。

  电磁干扰方面的项目有工频谐波限制要求、传导干扰与辐射干扰限制要求。 SJ/Z9029.2-87(等效采用IEC555-2-1982)划定了设备在低压供电系统中发生的谐波电流限制值要求。对于大功率半导体变流器,GB /T3859.2-93则用对分歧变流安装(按脉波数)划定最大功率容量(电源系统短路容量与变流器基波视在功率之比)来限制电流谐波。必需指出,电工、电子产物通过电源线向市电传导电流谐波问题已被认定是电力污染,而作为市电系统“环保”对象来处置,这方面的要求将日益强化。

  EMC测试成果的鉴定,匹敌扰度测试与对电磁干扰测试别离采用完全分歧的体例。后者采用定量划定限制值作为及格的门限鉴定点;前者一般采用定性方式来鉴定,即按产物在测试中的机能表示分类(以GB/T13926-92为例):

  在这4类中,a类作为及格,d类作为不及格是毫无疑义的。对于b类与c类,及格的鉴定由厂家与用户按照具体环境协商划定。天然,对此两类所采纳的手艺办法是分歧的。似乎抗扰度测试的鉴定太松,其实是表现了尺度的最大自在度准绳。由于被测设备品种繁多,差别大,因而很难为评定及格作出通用定量的划定。当然,对于具体某一类产物该当给出确定的评定尺度。SJ/T10541?94就表现了这个要求。GB/T3859.1-93中雷同划定了变流器受扰类别,作为及格鉴定的根据。该尺度定义了3级,即:

  F级:机能级,是指该变流器能承受而不降低机能的所有各类电扰动极限值的组合;

  T级:跳闸级,是指变流器能承受而不因庇护器件动作而中缀运转的所有各类电扰动极限值的组合;可进一步分为两种环境:干扰过去后能主动重合闸及不克不及主动重合闸(要用手动等体例);

  D级:损坏级,是指变流器能承受而不形成永世损坏的所有电扰动极限值的组合。

  对于有抗干扰功能要求的交换稳压电源在SJ/T10541中划定,除了应包管能一般工作外,还应在输

  出端给负载合适的敏感度门限;划定叠加在输出电压上的干扰残压的峰值不该大于输出电压标称值的20%。这是该尺度服从尺度的目标性准绳,充实考虑交换稳压电源与其它电工、电子产物在利用功能要求上具有素质的区别。即前者要为后者办事,前者也作为后者电源EMI的电力滤波器,目标是为对EMI敏感的设备供给足够的EMI平安裕度,提高设备的抗扰度品级。按照GB6833.4划定,电子仪器对电源瞬态敏感度的要求是:应能经受标称源电压变化量的20%的瞬态电压冲击干扰而不致工作变态。为此,在SJ/T10541中划定以这个数值作为交换稳压电源在接管抗扰度试验时的输出答应最高瞬态电压值(敏感度门限)。此外,考虑到交换稳压电源要为电子仪器设备供给合适的交换电压前提,SJ/T10541还划定在抗扰度试验时,交换稳压电源输出电压的相对误差(即输出效应)应在其基准前提(公役G)内,以此作为能否机能降级的鉴定根据。如许两者连系,以科学、合理、适用、易操作体例,处理了在对交换稳压电源抗扰度机能进行具体查核及及格评按时,无定量目标为根据的难题。而一般标原则只笼统地以误动作、机能下降或降级来作为查核及及格评定根据,明显,这种定性方式不易操作。

  测试依赖3个方面要素:方式、手艺、设备。方式由丈量道理和测试设备的利用方式两者来确定,手艺是为了获得准确的测试成果(较高的精确度)而采纳的一切测试手段,设备则是表现上述两个要素为测试办事的一切手艺安装。这些都必需尺度化,以包管测试具有重现性和实在性。

  EMC测试前提由测试方式决定。具体测试方式分为在尝试室前提下进行的试验台法和在现实利用前提下进行的现场法。要模仿现场可能碰着的所有干扰现象是不成能的,出格是现场法具有无法降服的局限性。但通过尺度化的测试能够较全面地获取被测设备EMC机能若何的消息。为此,国际上保举起首采用试验台法,除非无法在尝试室进行,一般不消现场法。

  抗扰度测试次要方式是按照设备所处的电磁情况前提,连系用户对设备采纳的办法,选择合适的严格度品级,按照相关测试方式进行测试,最初按照产物尺度提出的及格判决前提评定测试成果能否及格。这是抗扰度测试与其它测试次要差别之处。

  电磁情况中的电磁骚扰源、电磁骚扰源对设备的耦合体例、设备对电磁骚扰的敏感度以及用户对工作现场的防护办法间接与严格度品级相关。即利用情况决定了干扰的形式,安装防护前提决定了干扰的严格度品级。GB/T13926.4具体划定了在电磁情况中与严格度品级相对应的设备工作下的电气情况前提:

  3级,典型的工业情况,如工业过程安装、电厂和露天高压变电所的继电器房等场合;

  4级,严格的工业情况,如电站、未采纳特殊安装办法的工业过程设备、室外区域等。

  IEC801-5中针对电涌的源为电力切换瞬变或间接雷击的闪电瞬变,对设备的安装前提与防护设备作如下分类(合用电涌):

  0类:庇护优良的、有一次和二次过压庇护的电气情况,凡是处于特殊的房间内,电涌电压不会跨越25V;

  2类:电源线与其它线路分分开,电缆隔离优良的电气情况,电涌电压不跨越1kV;

  4类:互连线象室外一样沿着电源电缆敷设,且电子线路和电气线路均利用电缆的电气情况,电涌电压不跨越4kV;

  5类:非生齿浓密区内电子安装连接电讯电缆和架空电源线类不做电涌测试。一般电源产物处于1类或2类电气情况,可选择严格度品级为1级或2级。

  必需指出,把情况作为抗扰度测试的相关前提是抗扰度测试的主要特点。由于若是轻忽这些相关,不考虑安装的使用工作情况前提,而认为安装该当“独立”,该当适合于插入任何一种组合安装(或系统)中,而且要达到最高严格度品级的错误结论。这不只对要用的安装形成过高的不合理的严酷限制,并且还会因需要进行大量试验而不得不承担很大的经济承担。

  别的,抗扰度测试涉及到高压信号,还有需要在抗扰度尝试后再对设备进行平安测试。

  对于交换稳压电源这类大功率电工产物,拔取从市电导入的以高频、高能为特征的抗扰度项目,而且选择较其它电工、电子产物要高的严格度品级,是需要的。

  抗扰度测试的另一主要特点是对试验发生器手艺参数作出严酷而明白的划定。为了对设备的抗扰度机能进行比力,就要有一种能发生比力分歧并可反复再现的试验安装,这就是干扰模仿发生器。明显必需划定发生器的输出内阻、输出波形要求、开路电压幅度与误差;以包管试验成果的分歧,反复性好。不然,因分歧被测设备源端阻抗分歧,对发生器的阻抗婚配分歧而无法使发生器在带载下输出波形或幅度不异。现实上,阻抗不婚配就是抑止电磁骚扰的一个无效手段。

  交换稳压电源对外界(通过市电收集)的电磁骚扰测试项目有:谐波传导干扰测试、高频传导干扰测试。

  谐波传导干扰测试是对设备的电源进线入端工频电流谐波进行测试;测出40次以下各次电流谐波最大值,对

  源还应测试中线的电流谐波。在交换稳压电源机能项目中以源电流相对谐波含量来查核此项目。交换稳压电源的传导干扰试验同其它电子产物一样,可采用GB6833-86电子丈量仪器电磁兼容性试验规范(参照采用HP公司尺度或GB9254-88消息手艺设备的无线电干扰极限值和丈量方式(等效采用CISPR?22?1985)。高频传导干扰测试中一个主要测试安装是要用人工电源收集(Art

  icialMainNetwork),在美国尺度中则称为电源阻抗不变收集(LineImpedanceStabilizationNetwork,LISN)。这是因为分歧电力前提下,市电在分歧设备电源输入端呈现的高频阻抗也不不异,为使测试成果反映实在环境,必需在受试设备与其电源端子间接入合乎要求的收集,该收集既能使设备与电网间实现射频隔离,又能为设备供给不变的高频阻抗。人工电源收集的歧路数与供电系统的线路数不异,收集与干扰丈量仪之间的毗连应包管阻抗婚配(50Ω/50μH),对每根电源线别离进行测试,丈量的是干扰电压值。GJB152-86则保举采用电流探头法丈量传导干扰电流;此中在电源线μF穿心电容器,感化与LISN不异。电流探头法利用简洁,丈量敏捷,便于现场测试,较接近现实环境,可能此后丈量以其为主。此外,军标采用峰值检波器,GB9254采用准峰值检波器。射频辐射干扰测试较复杂,涉及到测试场地、天线、测试线路毗连等测试问题。测试场地为野外宽阔、布景电磁噪声电平至多比答应极限值小6dB。这种要求很难实现,尺度还保举能够用电磁屏障室(还有如电波暗室等)作为替代。测试辐射场强时被测设备应严酷按现实工作体例接线,电源线、信号线都不答应特地卷曲、收缩,以反映实在性。

  总之,基于交换稳压电源利用价值要求,其EMC机能该当是:除了本身能达到较高严格度品级的抗扰度目标、及格的电磁干扰限制以及供给合适的交换电压前提外,更主要的是要为其负载(对EMI敏感的电子仪器设备出格是消息手艺设备),在较严格电磁情况前提下工作,供给充沛的EMC平安裕度。这不成是交换稳压电源的根基功能,并且也是对其的EMC要求及对其进行EMC测试的根据。

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