監控用電力表面的電磁兼容方案

1 前語

電力行業常用的監控表面與傳統的電參量變送器對比，逐漸向智能化、集成化、多儀表磁功用化方向展開，并且在電磁兼容功用上也有很高的需要(EMS和EMI試驗均有有關需要)。方案者怎樣選擇恰鐵氧體黑磁當的EMC方案方案，對產品方案的勝敗起到決定性效果。這篇文章就怎樣進行電力監控表面的電磁兼容方案進行了概括論說。

2　標準解讀

2.1 判定標準

聯絡重工業產品通用標準，電力監控用水表磁電力表面需要滿足的EMS、EMI項目及評判等級見圖1。

2.2 標準解讀

煩擾通常分為持續煩擾和瞬態煩擾兩類。如廣播電臺、手機信號、步話機等歸于持續煩擾。由于開關切換，電機制動等構成電網的不堅定，此類煩擾我們稱為瞬態干 擾。圖1中瞬態煩擾包含：浪涌SURGE，靜電ESD，電快速脈沖群EFT/B，電壓暫降、短時間斷和電壓改動DIPS；持續煩擾包含：傳導活絡度CS， 輻射活絡度RS。

評判等級A所述的“功用不降低”，即煩擾施加后，硬件無危害，煩擾施加過程中無死機、復位、數據掉幀或誤碼率較高級問 題，如同無煩擾施加到產品一樣。通常持續性的煩擾的評判等級均選用此評判等級。瞬態煩擾為偶然性發作，且致使的電網煩擾時間不長，故暫時功用降低，也便是 評判等級B。

2.3　EMS試驗項目及煩擾實質分析

(1)浪涌SURGE：波形1.2/50μs、8/20μs，是一種脈沖寬度為幾十個μs的脈沖，是一種傳導性煩擾，因其脈沖帶著較強能量，故需要對一切功用端口做相應程度的防護，否則會致使內部電路元件的永久性硬危害。

(2)靜電EMD：波形上升沿為0.7-1ns，是一種脈沖寬度為幾十個ns的脈沖，因其峰值電壓計劃在數千至上萬伏，故脈沖也具有一定的能量，須在端 口做防護。由于其上升沿很陡，故其帶著的高頻諧波很豐盛，可達500MHz，所以靜電在表面一切暴露的金屬部件（包含端子，螺釘等）進行觸摸放電或孔縫 （包含LED指示燈的開孔，各種散熱和查詢孔）時，或分別對水平耦合板和垂直耦合板直接放電時，均會在放電點瞬時構成一個高頻電場，通過空間對電路進行干 擾，這種煩擾是共模煩擾。因而，靜電方案時應留心端口保護和空間高頻輻射場兩方面內容。

(3)電快速脈沖群EFT/B：波形上升沿為5ns，波形為數個周期脈沖串的組合，能量很低。煩擾的性質和靜電一樣是共模，煩擾路徑既包含傳導也包含輻射。

(4)傳導活絡度CS：共模煩擾，煩擾頻段從150KHz到80MHz。在進行項目試驗時，其煩擾信號源至表面的線纜長度與煩擾頻段（30MHz）對應 的波長λ的1/4對比，故在施加煩擾電壓的調制頻率逾越30MHz時，因趨膚效應，煩擾信號首要以空間輻射方法出現（低于30MHz時，首要還是以傳導方 式煩擾）。

(5)輻射活絡度RS：共模煩擾，煩擾頻段從80MHz到1GHz。需留心，外拖的線纜充當接收天線，煩擾為電磁場的遠場。

2.4　EMI試驗項目及煩擾實質分析

EMI試驗包含傳導發射CE和輻射發射RE。CE查詢的頻段為150KHz~30MHz，RE查詢的頻段為MHz~1GHz，通常按A類設備需要。對電 力表面而言，首要查詢其內部電源（通常為開關電源）、晶振(包含有源晶振和無源晶振)等首要打擾源通過天線(由外拖線纜充當)構成的傳導和輻射，在方案時 應分外留心對上述打擾源的處理。

3　電磁兼容方案方法

3.1 電磁兼容方案的底子思路

出現EMC疑問，必須有煩擾源，耦合路徑及活絡設備三要素，短少任何一個環節，均不能構成EMC疑問。因而，關于EMC疑問，其方案便是關于三要素中的 一個或幾個采用技能措施，束縛或消除其影響，底子思路可分為“堵”和“疏”兩類。“堵”便是通過增加共模濾波器，選用光耦等隔絕或線纜套磁環等方法增加共 模阻抗Z；“疏”便是通過電容構成高頻通路，將共模煩擾引入阻抗更低的地(PE)或金屬殼。一個EMC方案通常可以通過既“堵”又“疏”的方法，在本錢增 加不大的情況下，可獲得較好的EMC功用。

3.2　EMC處理方法

屏蔽、接地和濾波是EMC處理的三種方法。在下文中將詳細說明。

4 原理圖級方案

在判定表面需要滿足的電磁兼容項目及試驗等級后，在原理圖方案時就有必要對有關試驗項目進行方案，最大程度降低電磁兼容風險和節約項目開發時間。

4.1　端口方案

表面的端口包含電源端口及信號端口，在EMC檢驗項目中關于端口的試驗包含浪涌SURGE，靜電ESD，電快速脈沖群EFT/B，傳導活絡度CS，傳導 發射CE，電壓暫降、短時間斷和電壓改動DIPS。因而在方案中應遵從先進行浪涌防護后進行隔絕/共模濾波的次第進行。

(1) 浪涌防護方案

根據表面端口的定義，浪涌分為差模浪涌和共模浪涌兩種。如信號端口（也包含工作電源端口）的進線和回線間為差模浪涌，電路的進線和回線分別對地（接地端子）為共模浪涌。

克制浪涌最常用的器件便是浪涌克制器件，如氣體防電管、壓敏電阻、TVS。不一樣的端口根據其功用，選用不一樣的組合方案進行浪涌的防護。例如，當表面是三相四線輸入，由于電壓端口為高阻輸入，在浪涌等級需要不太高時，通常無須選用壓敏電阻和氣體放電管。

(2) 共模濾波器的方案

通過在端口鄰近方案共模濾波器，對共模煩擾進行旁路。濾除共模煩擾也可采用方案隔絕元件等增大共模阻抗的方法或通過電容接地（假設端口方案有接地端子，應滿足相應安全需要）的方法來完結。

方案共模濾波器，首先應明晰共模煩擾的頻段，以便選擇適合的電感、電容參數。若需要一同克制低、中、高頻的共模煩擾，有時可選用低頻和高頻共模濾波器串聯的方法來處理。

表面電源端口通常選用開關電源，由于開關電源是一個首要的對外煩擾源，需要在端口方案EMI濾波器。別的，從EMS角度考慮，由于隔絕變壓器的輸入輸出間存在較大的分布電容，高頻共模煩擾可以毫無衰減地從輸入耦合至輸出，因而也需要在開關電源前方案濾波器。

電源端口底子濾波電路結構見圖2。當無PE時，共模電容省掉。共模扼流圈在繞制中會發作1%支配的漏感，可直接利用來進行差模濾波，若要加強差模濾波， 則可在扼流圈后增加差模電感方案。需要側重的是，圖2所示濾波器在進行PCB布板時，應盡量擺放在挨近于端口的方位，且印制線走線應留心操控環路面積，讓 濾波器獲得最大的插入損耗。

4.2　活絡電路及器件方案

在方案中需要留心對易接收電磁煩擾的電磁活絡電路和器件的方案。盡量選用抗擾度高的器件，在功用滿足的情況下，盡量降低晶振的頻率，盡量選擇上升沿較緩的器件。

電容、電感非理想器件的寄生參數，在高頻時將會大大影響其濾波效果，所以對不一樣頻段的煩擾信號應選擇不一樣的濾波參數。以電容為例，其頻率阻抗曲線見圖 3。這兒需要側重的是，該類器件的引線過長時，其高頻下寄生參數會降低自身的諧振頻率，建議盡量選用貼片器件。一個常用的做法是選擇參數相差100倍的電 容進行并聯，以保證在其較寬的頻段計劃內始終保持電容特性。

數字芯片均應做去耦方案，分外是帶著豐盛高次諧波的數字電源引腳，通常用0.1uF電容與1nF電容并聯。關于數字芯片中因結構、傳輸路徑等客觀因素影響的要害信號均應做去耦方案，去耦時應留心不要影響信號的正常傳輸。

關于分外活絡的電路單元，在本錢答應和結構方案時應充沛考慮，關于輻射試驗項目(RS和RE)屏蔽材料選擇鋁或銅等金屬，方案時為保證滿足的屏蔽效能應保證低接地阻抗，在此不作詳細說明。

5 結構級、PCB級方案

結構上需要考慮靜電放電、射頻電磁場輻射、輻射發射三項EMC試驗項目，下面首要以因結構束縛，在PCB方案中常出現的一些疑問進行分析。

多見疑問一，表面因自身結構緊湊，內部常由幾塊PCB構成，PCB之間通過插針、互聯排線等聯接，怎樣進行EMI防護？

這些都是EMC最為脆弱的環節，當連線長度與煩擾頻率的波長可對比時，既簡略接收到外界的煩擾，也簡略將內部煩擾帶出產品，致使EMI超標。

方案時可從以下三方面著手處理：①對插針中傳遞的信號進行濾波；②盡量減少插針、互聯排線的長度（從技能角度可將其捆扎）；③增加地針數目，最好選用“地--信號1--地--信號2--地--信號3--地”方法，減少信號的回路面積，降低不一樣PCB之間的Zgnd.

多見疑問二，關于液晶顯示屏，LED指示燈，孔縫等怎樣進行靜電ESD防護？

在方案中建議對液晶顯示屏采用透明材料絕緣處理，或增大與內部電路的放電距離。

PCB布線時應留心：①濾波器方案時不要讓輸入輸出分隔，防止耦合，最好選用“一”或“L”型；②對要害芯片的活絡信號去耦時，去耦電容應緊靠其管腳， 以減小回路面積；③活絡信號不能從晶振底部穿越，也不能離挨近表面端口，長距離傳輸時，應留心選用包地方法；④盡量縮短要害信號的傳遞路徑距離，選用伴地 方案時，留心增加地過孔的數目；⑤留心不要讓敷地存在地割裂情況；⑥通過增加距離來降低相信號通道間的空間耦合；⑦通過正交來處理PCB頂層和底層信號的 互相影響；⑧仿照地和數字地在一點處聯接，A/D通常視作仿照器件。

多見疑問三，怎樣“接地”？一個產品只需一個接地址。因而，關于接 地址方位的選擇非常首要，方案時應保證接地址位于煩擾信號寫入端口且具有低的接地阻抗，通過電容可對共模煩擾信號能進行旁路。若表面端口方案時預留了一個 接地端子，可以是前端三相四線輸入電壓（La、Lb、Lc、N）的保護地PE，也可以是其交流工作電源（L、N）的保護地ＰＥ或許還有可能是RS485通 訊（A、B）的保護地PE/屏蔽地FG。

地方案時還應保證這個地是潔凈的地，即EMC中所述的“靜地”。本地不潔凈時，共模煩擾信號可能會從地反竄流入信號構成地污染，所以結構方案和PCB方案時，常用做法是在端口預留一塊銅箔，讓其與內部其它信號切割開來，且留有一定的距離（安全需要考慮）。

6　結束語

電子產品在進行功用方案時，就需要進行電磁兼容方面的考慮，電力監控用電力表面也不破例。EMC方案需要從原理圖、PCB和結構等方面進行概括考慮，并根據實踐情況進行互相調整，這樣才能最大程度的降低EMC風險，減少EMC整改本錢，畢竟滿足有關標準的需要。