电快速瞬变脉冲群干扰的综合抑制

吕 攀 大连理工大学城市学院 116600

【文章摘要】

用电设备在设计和使用过程中，电磁干扰是重要的抑制对象。随着社会电气自动化水平的提高，越来越多的设备要面临越来越复杂的电磁环境，和对设备本身越来越高的抗电磁干扰性能。本文从对电磁干扰中最难防范的电快速瞬变脉冲群（即EFT/B， Electrical Fast Transient/Burst）干扰出发，分析其产生的机理和特点，有针对性的提出抗干扰策略，并通过分析相关干扰抑制方法提出改进方案，辅以试验测量结果，验证所提出的抗干扰策略的有效性。

【关键词】

电快速瞬变脉冲群；抗扰度；滤波器；综合抑制

0 引言

电磁干扰中，EFT/B 干扰由于其自身的频谱宽，频率高，持续时间短等特点， 不但对仪器设备的干扰影响大，且难以克服，所以如何有效的抑制EFT/B 干扰是电气领域重要的研究对象。本文从EFT/B 干扰产生的机理特点和相关标准要求出发，提出降低EFT/B 干扰的一系列方法，提高仪器设备的抗干扰性，并通过试验数据， 验证抑制方法的有效性。

1 电快速瞬变脉冲群产生的机理分析和对策

1.1 电快速瞬变脉冲群产生的机理分析和特点

电快速瞬变脉冲群，即EFT/B 产生在感性负载开关切换，继电器触点弹跳等的瞬态过程中，由于开关或者触点间不断交替产生电弧重燃和电弧熄灭，形成的脉冲电压。这个瞬态过程刚开始，开关或触点的间隙较小，产生的脉冲电压相对幅值较低，频率较高，但随着开关或触点间隙的越来越大，产生的脉冲电压幅值开始不断变大，频率降低，直到不再产生电弧重燃，这一过程停止为止。

实测表明，脉冲电压幅值最高可达5kV，脉冲频率为10KHz~1MHz。电快速瞬变脉冲群抗扰度试验，就是模拟这一暂态干扰，来检验电子仪器设备对瞬态过程中产生的瞬变脉冲群的抗干扰能力。GB/ T17626.4-2008 标准中，将EFT/B 脉冲的定义为公式（1）, 其中为持续时间的时间常数， 为脉冲上升时间的时间常数，K 为比例系数。

(1)

EFT/B 产生于一次回路中，通过传输线，对二次回路中的设备和电路产生影响，当EFT/B 干扰信号没有得到较好的抑制时，其干扰对设备的电源端口，控制端口和I/O 口等产生不利影响，可导致仪器设备工作失常，控制失灵，数据采集和数据发送误差加大甚至错误。

2 EFT/B 抑制综合方案

EFT/B 干扰的抑制方法很多，例如利用滤波器，良好接地，合理布线，减少杂散电容等，基本上为了得到良好的抑制效果，设计时，都要根据实际情况选取效果良好的几种抑制方法共同作用，来综合处理干扰信号，达到预期效果。下面就主要的抑制方法，分别加以分析。053

实验研究

Experimental Research

电子制作

2.1 滤波器的设计

由于EFT/B 干扰信号频带宽的特点，普通的滤波器很难有效抑制干扰，所以重新设计。

EFT/B 干扰分两种信号：差模干扰信号和共模干扰信号。其中差模干扰信号属于对称性干扰，干扰信号幅度值小，频率低，对设备影响相对不大，而共模干扰信号属于非对称性干扰，干扰信号幅度值大，频率高，对设备影响较大。所以我们设计的滤波器应该首先要以滤除高频的共模干扰信号为重点，同时也对差模信号有效滤除，所以该滤波器设计上选择低通滤波器。这个低通滤波器应该满足允许正常的50Hz 市电电流和直流电通过，但对高频信号有较大的衰减作用，同时对差模信号，也有较好的滤除作用。

图1 为设计的滤波器电路结构图，图中L1 和L2 为共模电感（即共模扼流圈）， 采用铁氧体做磁芯，双线反向并绕，由结构特点，对高频的共模干扰信号呈现很大阻抗，抑制高频共模信号通过，达到滤波的目的。绕组线圈之间存在的间隙，也会产生差模电感，对差模干扰信号也有一定对抑制作用。另外共模电感还可以抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响其他设备电路工作。C1 和C2 可以抑制差模干扰信号，容量范围在0.01~0.047μF 之间， C3 和C4 主要用来抑制共模干扰信号，容量范围在0.047~0.1μF 之间。由于共模扼流圈对超高频（超过几十MHz）干扰信号作用有限，而铁氧体材料在高频信号通过时，会把高频信号转换为热量散发掉，所以在信号的输入端加铁氧体磁环，完成对高频和超高频干扰信号的滤除，滤波效果见表1。

2.2 过电压抑制器件对干扰的抑制作用

瞬态电压抑制二极管（以下称TVS） 和压敏电阻( 以下称VDR) 都是过电压抑制器件，两者都对EFT/B 干扰信号有抑制作用，在两端电压超过限定值后，其阻抗迅速降低，容许大电流通过，泻除干扰，将两端电压限制在一定范围内。不过因为VDR 的响应速度较慢，为ns 级别， TVS 的响应速度较快是ps 级别的，所以对EFT/B 的瞬态干扰的抑制，TVS 的抑制效果更好一些。在电源端口，分别装上双向TVS 后，对干扰信号的抑制，有了明显的效果，如表1 所示。

2.3 RC 保护

在一次回路中，电源加RC 保护装置， 一方面可以利用RC 电路的吸收作用，降低干扰信号的电压幅值，另外一方面，还可以利用电源与RC 串联后吸收缓冲，对开关关断产生的电弧，有一定的消除作用。

2.4 分布式电源

系统供电不能采取集中式电源系统， 而要选择分布式电源系统，系统中的不同设备，部件，电路板，甚至不同的电路，都要采用不同的电源供电。要将高频电路和低频电路，低功率负载和大功率负载等的供电线路要完全分离。当滤波之后的电源进入系统后，用DC-DC 模块降压，然后驱动各部分工作。相对独立的电源，负载的分时启动，既减少大电流传输线路，提高系统的安全可靠性，又减少了大电流冲击，对降低EFT 干扰信号幅值有重要意义。

3 总结

电快速瞬变脉冲群在电磁干扰中很难被抑制，且相关标准很严格。本文从电快速瞬变脉冲群产生的机理出发，重新设计滤波器，有针对性的提出综合抑制方案，从根本上抑制电快速瞬变脉冲群干扰，并取得满意的试验效果，保障仪器设备的正常工作。

【参考文献】

[1] 梁志成, 傅静波, 李富同, 等. 微机保护装置的电快速瞬变脉冲群抗扰度研究[J] . 电力系统自动化, 2003.

[2] 程利军, 邓慧琼. 微机保护抗电快速瞬变脉冲群干扰研究[J]. 电力系统自动化设备, 2002.

[3] 杨继深. 电磁兼容技术之产品研发与认证. 电子工业出版社 2004.

[4]GB/T 17626. 4- 1998. 电磁兼容 试验与测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验[S].1998.

图1 滤波器电路结构图

图2 分布式电源