- 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
- 熟悉我國現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
通信局站電源系統由交流供電系統、直流供電系統和相應的接地系統組成。交流基礎電源含柴油發電機、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。總體來說,現行機房的電磁環境能有效地保障通信設備的可靠運行。但是,由通信電源系統本身引發的電磁兼容問題不容忽視,使得電信網絡的安全運營存在較大的安全隱患。
為保證通信設備穩定可靠工作,國內外通信電源研發和制造者作出了積極努力,各種新型通信電源不斷涌現,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業發展的需要。
隨著民用電子工業、信息產業的迅猛發展,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外需求,滿足不同行業技術標準要求的檢測手段,為提高我國通信電子產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品的重要分支,其電磁兼容性能已引起國內外同行廣泛關注,我國也制定了相應的技術標準。
1.1 我國現行的通信電源電磁兼容標準
我國通信電源執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,分布參數產生影響等導致傳導騷擾電壓過大。若合理選擇品質優良的濾波器、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
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:靜電放電的發生是因為設備表面與電路板中靜電敏感的元器件出現放電現象,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、信號線或數據線上產生了瞬變(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生的不正常狀態是什么。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.在端口內的電路中增加瞬態干擾抑制網絡;
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、輻射騷擾的檢驗結果進行分析,我們發現電源端口(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。
(1)差模騷擾的產生主要是由于開關管工作在開關狀態,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為零,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,產生了非常高的di/dt和du/dt。所產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,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
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。
