可燃?xì)怏w報(bào)警控制器電磁兼容性設(shè)計(jì)

曾亮

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.002

摘 要：控制器的使用環(huán)境復(fù)雜，電磁干擾對(duì)產(chǎn)品的性能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。因此，做好產(chǎn)品的電磁兼容設(shè)計(jì)，能夠滿足產(chǎn)品的報(bào)警控制要求。該文系統(tǒng)的分析了燃?xì)鈭?bào)警控制器在使用過(guò)程中可能遇到的干擾，給出了抗干擾措施，從而提高燃?xì)鈭?bào)警控制器的電磁兼容性。

關(guān)鍵詞：報(bào)警控制器 電磁兼容 干擾分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TM762.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（b）-0002-02

可燃?xì)怏w報(bào)警控制器可實(shí)時(shí)檢測(cè)工作場(chǎng)所環(huán)境中可燃?xì)怏w的濃度，濃度超過(guò)所設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，控制器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并提供控制輸出接口。只有合理設(shè)計(jì)其電磁兼容性能，才能保障設(shè)備的報(bào)警防護(hù)功能發(fā)揮最佳性能。

1 控制器的干擾分析

1.1 電磁騷擾

電磁騷擾引起控制器濃度采集功能的可靠性下降。干擾源經(jīng)過(guò)電源、信號(hào)線或控制電纜傳導(dǎo)至控制器內(nèi)部。可能導(dǎo)致主機(jī)復(fù)位，顯示異常、甚至是誤報(bào)警等問(wèn)題。

1.2 共模和差模干擾

控制器電源線上的干擾有共模和差模兩種方式。共模干擾存在于電源任何一相對(duì)大地或中線對(duì)大地間。共模干擾在線路傳輸中還會(huì)向鄰近空間輻射，而差模則不會(huì)，因此，共模干擾比差模更容易造成電磁干擾。

2 控制器的電磁兼容性設(shè)計(jì)

主要設(shè)計(jì)分電路的設(shè)計(jì)、線路板的設(shè)計(jì)、屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、信號(hào)線/電源線濾波、電路的接地方式設(shè)計(jì)。

2.1 電路的設(shè)計(jì)

電路設(shè)計(jì)中在電源模塊與信號(hào)線傳輸接口增加濾波器和繞線磁環(huán)增強(qiáng)輸入輸出濾波電路的設(shè)計(jì)，同時(shí)，在主芯片和存儲(chǔ)芯片等增加接地電容提高傳輸信號(hào)的抗干擾度。

2.2 線路板的設(shè)計(jì)

控制器采用分布智能控制電路，主機(jī)由顯示板和回路板組成。兩塊電路板各有一塊CPU控制，顯示板實(shí)現(xiàn)濃度和探測(cè)器信息的顯示功能，回路板實(shí)現(xiàn)探測(cè)器濃度的采集，報(bào)警故障狀態(tài)的確認(rèn)功能。兩塊電路板由CAN通訊，實(shí)現(xiàn)信息的交互。

2.3 屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

控制器的機(jī)箱是壁掛式，交流與直流電源轉(zhuǎn)換模塊是安裝在機(jī)箱內(nèi)部，此電源為一開(kāi)關(guān)電源，其自身產(chǎn)生的各種噪聲形成一個(gè)很強(qiáng)的電磁干擾源。所以電源模塊外部加屏蔽罩，避免其對(duì)于信號(hào)的影響。在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，面板結(jié)構(gòu)盡量避免縫隙或者縫隙盡量小，在金屬板與敏感器件之間添加有機(jī)玻璃板作為靜電隔離的輔助作用。

2.4 信號(hào)線/電源線濾波

控制器的電源線上會(huì)出現(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射電流，該干擾沿著電源線傳播，可能導(dǎo)致主機(jī)運(yùn)行異常。電源線采用磁環(huán)濾波，盡量遠(yuǎn)離各種信號(hào)電纜。在電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)中，快速瞬變信號(hào)含有很寬的頻譜，很容易以共模的方式傳入控制電路內(nèi)，通常在通信端口及控制端口的小信號(hào)電路中，采用TVS管及相應(yīng)的接地保護(hù)。并減小共模電感的分布電容、加強(qiáng)輸入電路的共模信號(hào)濾波（加共模電容或插入損耗型的鐵氧體磁環(huán)等）來(lái)提高系統(tǒng)的抗擾性能。

控制器信號(hào)線上電磁輻射超標(biāo)時(shí)加濾波器與濾波繞線鐵氧體磁環(huán)，從而減小信號(hào)線上不必要的高頻成分（主要是共模的），從而減小電纜的電磁輻射，或防止電纜作為天線接收空間電磁干擾，并傳導(dǎo)進(jìn)機(jī)箱。

2.5 電路的接地方式設(shè)計(jì)

通過(guò)打磨處理機(jī)箱底部使機(jī)箱與地面接觸效果增強(qiáng)，通過(guò)增加機(jī)殼內(nèi)部電路板之間的連線和電源轉(zhuǎn)換模塊下濾波器與電源線及機(jī)箱的連線，來(lái)增強(qiáng)信號(hào)線與電源線的抗電瞬變干擾能力。

3 控制器的電磁兼容性測(cè)試

3.1 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)

評(píng)估控制器供電電源端口、信號(hào)和控制端口在受到重復(fù)的快速瞬變脈沖群干擾時(shí)的性能，驗(yàn)證對(duì)來(lái)自操作暫態(tài)過(guò)程（如，開(kāi)斷感性負(fù)荷、繼電器觸頭彈跳等）中的各種類(lèi)型瞬變擾動(dòng)的抗擾性。

3.1.1 試驗(yàn)要求與條件

按GB 16838規(guī)定的試驗(yàn)方法對(duì)試樣施加表1所示條件的電磁干擾試驗(yàn)。

3.1.2 試驗(yàn)設(shè)備與方法

試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)滿足GB 16838的規(guī)定。

對(duì)交/直流電源端口的試驗(yàn)使用容性耦合夾。試驗(yàn)電壓通過(guò)耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)施加到保護(hù)地上，內(nèi)部電源模塊加有繞式磁環(huán)，外部電源接線端子火線、零線與地之間加有1 000 P瓷介電容。

對(duì)其他連接線的試驗(yàn)，采用容性耦合夾，加有夾式磁環(huán)。

3.1.3 試驗(yàn)記錄

試驗(yàn)期間觀察并記錄如表2所示。

3.2 靜電放電抗擾度試驗(yàn)

檢驗(yàn)控制器對(duì)帶靜電人員、物體接觸造成的靜電放電的適應(yīng)性。試驗(yàn)期間，試樣應(yīng)保持正常監(jiān)視狀態(tài)。試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)滿足GB 16838的規(guī)定。

3.2.1 試驗(yàn)方法

按GB 16838規(guī)定的試驗(yàn)方法對(duì)試樣及耦合板施加表3所示條件的電磁干擾試驗(yàn)。試驗(yàn)期間觀察并記錄試樣狀態(tài)。

3.2.2 試驗(yàn)記錄

試驗(yàn)期間觀察并記錄如表4所示。

4 控制器的電磁兼容性測(cè)試結(jié)論

該文從實(shí)際工作出發(fā)，詳細(xì)介紹了有關(guān)可燃?xì)怏w報(bào)警控制器的電磁兼容設(shè)計(jì)方法，該方法具有普遍意義。

設(shè)計(jì)中主要考慮控制器自身的抗外界干擾的能力差，加強(qiáng)在電路設(shè)計(jì)、線路板設(shè)計(jì)、屏蔽結(jié)構(gòu)、信號(hào)線/電源線濾波、電路的接地方式設(shè)計(jì)的抗干擾能力。

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