淺談電快速瞬變脈沖群干擾的綜合抑制

王丁

摘要：在常規用電設備的設計以及使用過程中，電快速瞬變脈沖群是電磁干擾中一種重要的瞬態干擾源，嚴重影響了電子設備的正常使用。由于當前電氣設備的自動化水平不斷提高，電氣設備所處的電磁環境也越來越復雜，對其所能承受的電磁干擾的能力提出了更高要求。本文針對電快速瞬變脈沖群干擾的主要特征，提出了抑制電快速瞬變脈沖群的改進方法和相關技巧，為之后的電氣設備設計人員或者使用人員提供一定的參考依據。

關鍵詞：電快速瞬變脈沖群;抗擾度;綜合抑制

1、引言

隨著當前電氣及電子設備的精密程度和自動化智能技術的水平越來越高，設備的集成程度和功能應用也呈日益強大趨勢，但同時也面臨著越趨脆弱和敏感的風險。電氣及電子設備在電力系統的常態運行環境中，以所受到的電磁干擾的影響最大，所以需要提高設備的抗各種瞬態脈沖干擾的能力。經典的電磁干擾試驗中，電快速瞬變脈沖群由于本身頻率高、頻譜寬且持續時間相對較短的特點，經常性的造成電氣或電子設備的復位、死機、誤動作、屏幕閃爍、通訊中斷、按鍵失靈等各種現象，所以對電力系統中電氣或電子設備造成的危害和影響最大、隱患最高。因此如何對電快速瞬脈沖群造成的干擾進行有效的抑制成了當前研究的重點。本文從電快速瞬脈沖群干擾產生的相關機理、特點以及相關標準的角度出發，提出一些切實可行的綜合抑制和降低電快速瞬脈沖群干擾的方法。

2、電快速瞬變脈沖群

2.1簡要概述

電快速瞬變脈沖群一般在電路中一些開關切換的瞬態過程中產生，例如繼電器的觸點發生彈跳，斷開感性負載的時候等，而在此過程中產生的電快速瞬干擾脈沖群，一般具有重復的頻率較高、脈沖都是成群出現、單脈沖能量較低、脈沖上升速率快等特點[1]。另外，這種干擾脈沖在不同的應用環境中，脈沖強度和時域也呈現出不同的趨勢，從而也在一定程度上造成了對不同電氣或電子設備影響的差異性。

為了對電氣和電子設備對受到的脈沖群干擾時的承受能力進行系統和準確的評估，國家標準化管理委員會制定了GBT17626.4-2018中對設備電源端口，控制端口、信號端口和接地端口進行電快速瞬變試驗時應該優先采用的試驗等級都有詳細的規定（見表1），具體檢測時需要按照實際等級及廠家要求進行。

另外，圖1是標準規定的脈沖群波形概略圖;圖2是信號發生器的有效阻抗在50Ω時的單個脈沖波形的示意圖，具體的一些參數如下：

（1）單個脈沖的上升時間：5（誤差1±30%）ns;

（2）單個脈沖的持續時間：50（誤差1±30%）ns（50%值）;

（3）脈沖的重復頻率：5kHz;100kHz;

（4）脈沖群的持續時間：5kHz時，15（誤差1±20%）ms;100kHz時，0.75（誤差1±20%）ms;

（5） 脈沖群的重復周期：300（誤差1±20%）ms。

2.2 電快速瞬變脈沖群的基本特征

電快速瞬變脈沖群由于是瞬態過程，而且剛開始時，由于開關或觸點的間隙較小，產生的脈沖電壓呈現出幅值較低，頻率較高的特點;但隨著開關或觸點之間縫隙的變大，產生的脈沖又再次呈現電壓幅值變大，頻率降低的現象，這種現象會保持到不再產生電弧重燃為止[2]。

在一些試驗的實際檢測數據中，當脈沖頻率在10KHZ至1MHZ范圍之內時，脈沖的電壓幅值有時候能夠達到高壓5kV，而電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗就是為了模擬上述產生的這種暫態干擾。在GB/T17626.4-2008標準中，電快速瞬變脈沖進行了如下定義，詳見公式1，

3綜合抑制方案

目前，電快速瞬變脈沖群的綜合抑制的方案有很多，例如濾波器設計，過電壓抑制器件設計，RC保護設計以及分布式電源的設計方案等都能達到一定的抑制電快速瞬變脈沖群的預期效果，使用時可以根據實際情況擇優選取，以下將對上述四種方案進行簡要分析。

3.1濾波器設計

濾波器若在設計時處于接地良好，布線合理，雜散電容充分減少的情況下，是可以實現良好的抑制效果的。但是基于電快速瞬變脈沖群干擾信號具有頻帶寬的特性，因此常見普通的濾波器一般很難有效的抑制干擾。

常規電磁兼容試驗中，電快速瞬變脈沖群施加干擾時，一般分差模和共模兩種干擾信號。差模干擾信號，由于其干擾的頻率低、幅值小且是一種對稱性的干擾，因此對設備的影響不是很大，而共模的干擾信號頻率高、幅值大，是一種非對稱的干擾，從而對設備的影響會比差模的要大。從上可以看出，濾波器進行設計時，可以重點考慮濾除高頻的共模干擾信號，然后再對差模干擾信號進行有效濾除。在設計時，可以選擇低通濾波器進行設計，這是由于低通濾波器對高頻信號有較大衰減，但對低頻信號如50Hz市電電流或者直流電卻可以順利通過，另外，低通濾波器也能及較好的濾除差模信號。

濾波器的電路結構圖如圖1所示，其中L1和L2為共模電感（即共模扼流圈），一般采取鐵氧體做磁芯同時雙線反向并繞。因此，濾波器的結構特點，決定了其可以有效的達到抑制高頻共模干擾信號的作用，從而達到濾波的目的，此外共模電感還可以抑制自身對外發出電磁干擾，避免影響其他設備電路工作。另外，繞組線圈間存在一定的間隙，也會產生差模電感，因此這種設計也能對差模干擾信號達到抑制的效果。在電路中，差模干擾信號通過電容C1和C2進行抑制（C1和C2容量為0.01～0.047μF），共模干擾信號主要通過電容C3和C4來抑制（C3和C4容量為0.047～0.1uF）。

3.2過電壓抑制器件

過電壓抑制器對電快速瞬變脈沖群也有一定的抑制作用。其中過電壓抑制器件常見的有瞬態電壓抑制二極管和壓敏電阻，二者均對電快速瞬變脈沖群信號有抑制作用，當其兩端電壓超過限定值之后，阻抗會快速下降，此時只允許通過大電流，從而瀉除干擾并將兩端電壓控制在一定范圍之內。不過一般壓敏電阻的響應速度為ns級別，比較慢，而瞬態電壓抑制二極管為ps級別，響應速度比較快，所以在評價抑制電快速的瞬態干擾時的效果時，認為瞬態電壓抑制二極管的效果更優。

3.3 RC保護裝置

另外，可以在一次回路中，對電源增加RC保護裝置。增加RC保護的目的，一是降低干擾信號的電壓幅值，這是利用了RC電路本身的吸收作用;二是可以利用電源與RC串聯之后的吸收和緩沖作用，可以在一定程度上消除開關關斷時產生的電弧。

3.4分布式電源

一般電氣或電子設備的系統供電會優先選擇分布式電源系統，而不會使用集中式電源系統。因此，在系統電源設計中，針對不同設備，根據其部件，電路板，電路，都會使用不同的電源進行供電。尤其是要完全分離低頻電路和高頻電路，以及低功率負載和高功率負載的供電線路。當經過濾波后的電源進入系統后，首先經過DC-DC模塊進行降壓處理，之后再用于驅動各部分電路正常工作。因此，采用相對獨立的電源模塊，并分時啟動不同的負載，不但減少了大電流傳輸線路提高系統的安全可靠性，又減少了大電流沖擊，這對降低電快速瞬變脈沖群干擾信號幅值有很好的效果。

4、結語

由于在電磁干擾的設計過程中，電快速瞬變脈沖群一般很難達到被有效的濾除和抑制，并且，在規范和標準要求中對電快速脈沖群的試驗等級測試也是相當嚴格的，因此需要對電氣或電子設備的抗干擾能力進行充分的設計和考慮。本文先對電快速瞬變脈沖群的基本概念、發生機理進行了一些簡單介紹，然后基于電快速瞬變脈沖群的特點，提出了幾種抑制脈沖的綜合抑制方案，從而在一定程度上達到了抑制電快速瞬變脈沖群干擾的影響。

參考文獻

[1]陳武龍.民用電子產品電磁兼容分析及干擾控制[M].華南理工大學.2008

[2]呂實誠;郭樹楷.基于ARM的電快速瞬變脈沖群發生器設計[J].黑龍江科技信息.2010（10）：51.