通信電源設(shè)備電磁兼容問題

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(yīng)的接地系統(tǒng)組成。交流基礎(chǔ)電源含柴油發(fā)電機(jī)、交流配電屏、UPS等,直流基礎(chǔ)電源含高頻開關(guān)整流器、直流配電屏、蓄電池等。通信用空調(diào)設(shè)備等均有獨(dú)立的設(shè)備房分室放置,采用集中供電的方式電氣相聯(lián)?？傮w來說,現(xiàn)行機(jī)房的電磁環(huán)境能有效地保障通
信設(shè)備的可靠運(yùn)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(luò)的安全運(yùn)營存在較大的安全隱患。
為保證通信設(shè)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(yīng)國際市場要求,20世紀(jì)90年代我國民用電磁兼容檢測機(jī)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。到目前已基本建立了能適應(yīng)國內(nèi)外
需求,滿足不同行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)。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(guān)注,我國也制定了相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
1.1　我國現(xiàn)行的通信電源電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)
我國通信電源執(zhí)行的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)基本參照了IEC61000系列、EN55022、CISPR-22等國際和歐洲標(biāo)準(zhǔn)。具體標(biāo)準(zhǔn)見表1。
1.2　通信電源設(shè)備電磁兼容常見問題
1.2.1　輸入端傳導(dǎo)騷擾電壓超標(biāo)
問題:開關(guān)電源或UPS電源常出現(xiàn)電壓輸入端傳導(dǎo)騷擾電壓過大,達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)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?yàn)V波器性能不良,濾波頻段選擇不適當(dāng)以及電路布線不合理,分布參數(shù)產(chǎn)生影響等導(dǎo)致傳導(dǎo)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(huì)顯著抑制電源輸入端的騷擾電壓。但應(yīng)特別注意所選元器件的指標(biāo),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。
1.2.2　開關(guān)電源輻射騷擾超標(biāo)
問題:開關(guān)電源輻射騷擾場強(qiáng)超過限值。
診斷與處理:通常是整流模塊內(nèi)部高頻開關(guān)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(jī)箱設(shè)計(jì)不合理,縫隙大、接觸導(dǎo)電不良,散

熱孔與電磁波輻射波長相比過寬過大都會(huì)降低電源屏蔽性能。現(xiàn)代通信電源均采用微機(jī)控制,實(shí)現(xiàn)電源自動(dòng)管理和遙控、遙信、遙測等功能。但微機(jī)控制器引起
的輻射騷擾不容忽視,應(yīng)加以取舍或采取相應(yīng)措施。
對于UPS電源輸出電壓端通常也應(yīng)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(dá)標(biāo)
問題:抗擾度性能不達(dá)標(biāo)。

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(yīng)的傳導(dǎo)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(dòng)和閃爍等。通信電源應(yīng)采取相應(yīng)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?yàn)樵O(shè)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(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備
工作不正常。常用的處理方法有:
a.去除或更換設(shè)備表面的導(dǎo)體材料;
b.用絕緣材料保護(hù)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(shí),由于其二次感應(yīng)效應(yīng)即透過電阻性或電感性而破壞設(shè)備。造成破壞是因?yàn)樗陔娫淳€、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(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般設(shè)備所能承受的700V水平。常見的處理方法有:
a.設(shè)備機(jī)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(hù)器,該保護(hù)器要求的限制電壓應(yīng)小于1 000V,以達(dá)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(yīng)弄清楚設(shè)
備的那些端口在那種電壓下不能通過試驗(yàn),在試驗(yàn)期間和試驗(yàn)后設(shè)備發(fā)生的不正常狀態(tài)是什么。一般來說,是因?yàn)閷υ摱丝谶M(jìn)行試驗(yàn)時(shí),大電壓大電流沖擊設(shè)
備內(nèi)部的電子電路,導(dǎo)致元器件工作不正?；驌p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(shù);
b.在端口內(nèi)的電路中增加瞬態(tài)干擾抑制網(wǎng)絡(luò);
c.使用EFT濾波器或吸收器;
d.將騷擾源遠(yuǎn)離敏感電路。
2　通信電源設(shè)備EMC問題實(shí)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(guān)電源模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測試與分析。
開關(guān)電源的組成框圖見圖1。

2.1　EM I問題的診斷與處理
EMI是指開關(guān)電源模塊對外發(fā)出的干擾,包括:傳導(dǎo)騷擾、輻射騷擾。技術(shù)要求及限值見表2。
測試結(jié)果見圖2:電源端口(L-線)傳導(dǎo)騷擾及圖
3:輻射騷擾。
對該模塊傳導(dǎo)騷擾、輻射騷擾的檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,我們發(fā)現(xiàn)電源端口(L-線)傳導(dǎo)騷擾嚴(yán)重超出了B類設(shè)備的限值要求;輻射騷擾符合限值要求。
分析診斷如下:傳導(dǎo)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(dǎo)騷擾。

　　(1)差模騷擾的產(chǎn)生主要是由于開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài),當(dāng)開關(guān)管開通時(shí),流過電源線的電流線性上升;開關(guān)管關(guān)斷時(shí)電流突變?yōu)榱?因此,流過電源線的
電流為高頻的三角脈動(dòng)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(guān)電源工作時(shí),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(qiáng)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(fù)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(gòu)成了差模電流環(huán)路,也構(gòu)成傳導(dǎo)騷擾。
處理措施:
(1)采用電源線EMI濾波器
電源線EMI濾波器實(shí)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(shè)

　　對開關(guān)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(dǎo)騷擾。

2.2　EM S問題的診斷與處理
EMS是指開關(guān)電源模塊抵抗電磁干擾的能力。
我們對整改后的產(chǎn)品進(jìn)行了表3、表4的分項(xiàng)測試,均能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。在此不再贅述。

判定準(zhǔn)則C:設(shè)備允許監(jiān)視和報(bào)警功能喪失。但是,設(shè)備在測試后,所有的功能應(yīng)恢復(fù)正常,輸出電壓應(yīng)符合正常工作范圍