中心議題：

• 討論通信電源設備電磁兼容問題
• 學習EMS問題的診斷與處理

解決方案：

• 熟悉我國現(xiàn)行的通信電源電磁兼容標準
• 通過通信電源設備EMC問題進行實例分析

1　概述

通信局站電源系統(tǒng)由交流供電系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)和相應的接地系統(tǒng)組成。交流基礎電源含柴油發(fā)電機、交流配電屏、UPS等,直流基礎電源含高頻開關整流器、直流配電屏、蓄電池等。通信用空調(diào)設備等均有獨立的設備房分室放置,采用集中供電的方式電氣相聯(lián)。總體來說,現(xiàn)行機房的電磁環(huán)境能有效地保障通信設備的可靠運行。但是,由通信電源系統(tǒng)本身引發(fā)的電磁兼容問題不容忽視,使得電信網(wǎng)絡的安全運營存在較大的安全隱患。

為保證通信設備穩(wěn)定可靠工作,國內(nèi)外通信電源研發(fā)和制造者作出了積極努力,各種新型通信電源不斷涌現(xiàn),且趨向智能化、小型化、低功耗、高效率、長壽命,以滿足通信和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。

隨著民用電子工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,為適應國際市場要求,20世紀90年代我國民用電磁兼容檢測機構應運而生。到目前已基本建立了能適應國內(nèi)外需求,滿足不同行業(yè)技術標準要求的檢測手段,為提高我國通信電子產(chǎn)品電磁兼容性能奠定了良好基礎。通信電源作為通信電子產(chǎn)品的重要分支,其電磁兼容性能已引起國內(nèi)外同行廣泛關注,我國也制定了相應的技術標準。

1.1　我國現(xiàn)行的通信電源電磁兼容標準

我國通信電源執(zhí)行的電磁兼容標準基本參照了IEC61000系列、EN55022、CISPR-22等國際和歐洲標準。具體標準見表1。

1.2　通信電源設備電磁兼容常見問題

1.2.1　輸入端傳導騷擾電壓超標

問題:開關電源或UPS電源常出現(xiàn)電壓輸入端傳導騷擾電壓過大,達不到標準限值要求。

診斷與處理:其原因通常是電源輸入端未加EMI濾波器,或濾波器性能不良,濾波頻段選擇不適當以及電路布線不合理,分布參數(shù)產(chǎn)生影響等導致傳導騷擾電壓過大。若合理選擇品質(zhì)優(yōu)良的濾波器、陷波器以及精心布線,會顯著抑制電源輸入端的騷擾電壓。但應特別注意所選元器件的指標,尤其電感和電容器的
過流、耐壓、絕緣性能,以避免降低電源輸出功率、絕緣耐壓性能。
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1.2.2　開關電源輻射騷擾超標

問題:開關電源輻射騷擾場強超過限值。

診斷與處理:通常是整流模塊內(nèi)部高頻開關部件,如高頻變壓器、控制器、晶振等屏蔽不良引起空間輻射。此外,機箱設計不合理,縫隙大、接觸導電不良,散 熱孔與電磁波輻射波長相比過寬過大都會降低電源屏蔽性能。現(xiàn)代通信電源均采用微機控制,實現(xiàn)電源自動管理和遙控、遙信、遙測等功能。但微機控制器引起的輻射騷擾不容忽視,應加以取舍或采取相應措施。對于UPS電源輸出電壓端通常也應加裝濾波器和鐵氧體磁環(huán),以抑制輸出電壓端的射頻干擾。

1.2.3　抗擾度性能不達標

問題:抗擾度性能不達標。

診斷與處理:對不同的電源/信號端口,適用不同的抗擾度測試方法。常見的抗擾性測試:輻射電磁場抗擾性、射頻場感應的傳導騷擾抗擾性、靜電放電、浪涌沖擊、電快速瞬變脈沖群、電壓暫降、電壓波動和閃爍等。通信電源應采取相應措施抑制干擾。

(1)靜電放電抗擾度問題:靜電放電的發(fā)生是因為設備表面與電路板中靜電敏感的元器件出現(xiàn)放電現(xiàn)象,元器件的抗力不足以承受放電沖擊,進而導致設備工作不正常。

常用的處理方法有:
a.去除或更換設備表面的導體材料;
b.用絕緣材料保護靜電敏感的元器件;
c.更換靜電敏感的元器件;
d.更改電路板走線,盡量避開易出現(xiàn)放電的位置。

(2)浪涌沖擊問題:浪涌電壓來自于雷擊或線路浪涌。浪涌發(fā)生時,由于其二次感應效應即透過電阻性或電感性而破壞設備。造成破壞是因為它在電源線、信號線或數(shù)據(jù)線上產(chǎn)生了瞬變(毫秒至微秒級)脈沖過電壓,這種瞬變脈沖過電壓的峰值遠遠高于一般設備所能承受的700V水平。

常見的處理方法有:
a.設備機箱有良好的屏蔽;
b.采用共地的接地措施;
c.使用內(nèi)置式的電源浪涌保護器,該保護器要求的限制電壓應小于1 000V,以達到完全消除微小瞬態(tài)過電壓的目的;

(3)電快速瞬變脈沖群抗擾度問題:應弄清楚設備的那些端口在那種電壓下不能通過試驗,在試驗期間和試驗后設備發(fā)生的不正常狀態(tài)是什么。一般來說,是因為對該端口進行試驗時,大電壓大電流沖擊設備內(nèi)部的電子電路,導致元器件工作不正常或損壞。

常見的處理方法有:
a.減小PCB接地線公共阻抗,正確使用接地技術;
b.在端口內(nèi)的電路中增加瞬態(tài)干擾抑制網(wǎng)絡;
c.使用EFT濾波器或吸收器;
d.將騷擾源遠離敏感電路。
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2　通信電源設備EMC問題實例分析

為便于問題的診斷與處理,選取某廠家生產(chǎn)的一款通信用高頻開關電源模塊進行實驗室測試與分析。
開關電源的組成框圖見圖1。
2.1　EMI問題的診斷與處理

EMI是指開關電源模塊對外發(fā)出的干擾,包括:傳導騷擾、輻射騷擾。技術要求及限值見表2。測試結(jié)果見圖2:電源端口(L-線)傳導騷擾及圖3:輻射騷擾。對該模塊傳導騷擾、輻射騷擾的檢驗結(jié)果進行分析,我們發(fā)現(xiàn)電源端口(L-線)傳導騷擾嚴重超出了B類設備的限值要求;輻射騷擾符合限值要求。分析診斷如下:傳導騷擾超出限值要求部分位于低頻段(頻率范圍150kHz~500kHz ),初步判斷為低頻段差模傳導騷擾。
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(1)差模騷擾的產(chǎn)生主要是由于開關管工作在開關狀態(tài),當開關管開通時,流過電源線的電流線性上升;開關管關斷時電流突變?yōu)榱?因此,流過電源線的電流為高頻的三角脈動電流,含有豐富的高頻諧波分量,隨著頻率的升高,該諧波分量的幅值越來越小,因此差模騷擾隨頻率的升高而降低。

(2)開關電源工作時,產(chǎn)生了非常高的di/dt和du/dt。所產(chǎn)生的浪涌電流和尖峰電壓形成了強烈的干擾源。工頻整流濾波使用大容量電容充、放電,副邊整流電路的高速恢復二極管處于高頻通斷狀態(tài),由高頻變壓器次級線圈、整流二極管和濾波電容構成了差模電流環(huán)路,也構成傳導騷擾。

處理措施:

(1)采用電源線EMI濾波器

電源線EMI濾波器實際上是一種低通濾波器,它毫無衰減地把直流、50Hz的低頻電源功率傳送到設 [page]
對開關電源模塊采用了上述兩種處理措施后,有效地抑制了低頻騷擾,電源模塊EMI性能得到明顯改善。
整改后的測試結(jié)果見圖6:整改后電源端口(L-線)傳導騷擾。
2.2　EMS問題的診斷與處理

EMS是指開關電源模塊抵抗電磁干擾的能力。
我們對整改后的產(chǎn)品進行了表3、表4的分項測試,均能滿足相關標準要求。在此不再贅述。 判定準則C:設備允許監(jiān)視和報警功能喪失。但是,設備在測試后,所有的功能應恢復正常,輸出電壓應符合正常工作范圍。