某型消磁電源電磁兼容性分析與改進(jìn)

余錫斌,魏文新

(海軍駐桂林地區(qū)軍事代表室，廣西桂林541002)

0 引言

模塊化消磁電源作為新型的消磁繞組電流供電系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的電機(jī)擴(kuò)大機(jī)供電系統(tǒng)比較，有動態(tài)特性好，體積小、安靜、高效等優(yōu)點(diǎn)，是目前消磁電流供電設(shè)備的發(fā)展趨勢。但前期研制生產(chǎn)的消磁電源，在電磁兼容CE101、RE101、RE102等項(xiàng)目的指標(biāo)測試中容易超差，造成設(shè)備電磁兼容性試驗(yàn)難以通過情況。本文通過對這些不滿足項(xiàng)目進(jìn)行分析，尋找出有效的整改措施。

1 電磁兼容CE101項(xiàng)目設(shè)計(jì)

消磁電源的傳導(dǎo)干擾是通過電源線向外傳播的電磁干擾。前期研制的消磁電源，諧波抑制器獨(dú)立于電源模塊，電源輸入級電路中沒有功率因數(shù)校正（PFC）功能。由于整流二極管的非線性和濾波電容的儲能作用，使得輸入電流容易成為一個時間短、峰值很高的周期性尖峰電流，這就是輸入電流波形發(fā)生畸變形成干擾。CE101（電源線傳導(dǎo)發(fā)射）測試時以諧波失真與基波電流之比為判定依據(jù)，要解決這個問題，就得降低輸入電流波形畸變，減少電流諧波含量；另外就是要減少輸出信號與輸入信號的絕對誤差。

對此，我們主要采用在原理線路上整合PFC電路（如圖1）的改進(jìn)措施來實(shí)現(xiàn)諧波抑制功能，即利用單周期積分控制原理，消除電源線的諧波電流，并對交流電源整流。在改進(jìn)過程中，二極管的反向恢復(fù)成了影響應(yīng)用的根本障礙。由于二極管存在反向恢復(fù)時間，且電感是工作在電流連續(xù)的狀態(tài)，這樣產(chǎn)生了很大的尖峰干擾，導(dǎo)致控制電路無法正常工作，開關(guān)管流過很大的尖峰電流，發(fā)熱嚴(yán)重，無法達(dá)到預(yù)期使用。經(jīng)過比較和試驗(yàn)篩選，我們在電路中增加一個輔助開關(guān)和相關(guān)諧振元件，利用輔助開關(guān)提前于主開關(guān)導(dǎo)通，將主開關(guān)等效電容儲存的能量和二極管反向恢復(fù)的能量轉(zhuǎn)移到諧振元件，在主開關(guān)期間向負(fù)載釋放，同時解決了二極管反向恢復(fù)問題和主開關(guān)的零電壓開通問題。

一般情況下，PFC電路的設(shè)計(jì)參數(shù)必須保證最大輸出功率時滿足要求，一旦參數(shù)確定，作為一個閉環(huán)的系統(tǒng)，輸出信號（這里是三相電源的電流）與輸入信號（三相電源電壓和輸出電流、電壓）的絕對誤差也就基本確定。這在實(shí)際上表現(xiàn)為電源電流始終有一定限度的總的電流諧波失真，一般為額定功率時的 2%。在這種狀況下，完全能達(dá)到EMC測試中的要求。

考慮設(shè)備實(shí)際工作過程，大多數(shù)時間并不處于在額定功率狀態(tài)而是在額定功率以下工作，雖然總諧波失真的大小基本不變，但是可能造成額定功率以下工作時無法通過CE101測試要求。通過使用精度和線性度更高的霍爾電流傳感器替代了原來的交流互感器，保證取樣精度滿足要求，減少絕對誤差；同時進(jìn)一步優(yōu)化濾波電感參數(shù)。通過電磁兼容試驗(yàn)驗(yàn)證，電源模塊在滿功率及半功率工作時，均能達(dá)到CE101的要求。

2 電磁兼容輻射項(xiàng)目（RE101、RE102）工藝設(shè)計(jì)

消磁電源由于工作在大電流、高電壓的條件下，其能量以電磁場的形式向四周傳播，形成了輻射噪聲干擾。我們通過分析，認(rèn)為消磁電源工作過程開關(guān)器件開通和關(guān)斷會產(chǎn)生浪涌電流和尖峰電壓，這是產(chǎn)生電磁幅射的主要原因。而RE101（磁場幅射發(fā)射）、RE102（電場幅射發(fā)射）的考核是在設(shè)備一定距離內(nèi)測量其輻射噪聲的強(qiáng)度，這種輻射強(qiáng)度隨距離的變遠(yuǎn)而迅速衰減，所以解決的辦法主要是降低輻射噪聲的強(qiáng)度。實(shí)際操作過程我們采取以下兩種措施：

1）降低輻射源

設(shè)計(jì)開機(jī)防浪涌電路，圖2是4R1～4R 3為限流電阻，限制開機(jī)瞬間的最大電流，4KM1為接觸器，開機(jī)后，通過限流電阻給電容充電，輔助電源啟動，然后驅(qū)動接觸器接合，進(jìn)入正常供電狀態(tài)。

改進(jìn)電源模塊輸入、輸出濾波電路參數(shù)，如圖3所示1L1、1L2和1C7～1C9組成共模濾波電路，濾除電源線上的共模干擾。使用緩沖電路吸收開關(guān)管或高頻變壓器初級線圈兩端的尖峰電壓也能有效地改善電磁兼容特性。

為了降低輸出端的干擾，輸出也接入共模濾波電路（圖4）。

2）阻斷輻射途徑

圖2 開機(jī)防浪涌電路

圖3 共模濾波電路

圖4 輸出共模濾波電路

抑制輻射噪聲的另一有效方法就是屏蔽。電源模塊殼蓋結(jié)合部，采用導(dǎo)電性能良好的導(dǎo)電泡棉進(jìn)行屏蔽，風(fēng)道采用波導(dǎo)管進(jìn)行屏蔽。為了防止變壓器的磁場泄露，采用初-次-初耦合良好的繞線工藝。開關(guān)電源的連接線，電源線都應(yīng)該使用具有屏蔽層的導(dǎo)線，盡量防止外部干擾耦合到電路中。使用磁環(huán)等 EMC元件，濾除電源及信號線的高頻干擾。通過上述措施保證開關(guān)電源既不受外部電磁環(huán)境的干擾也不會對外部電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。

表1 消磁電源設(shè)備工藝改進(jìn)對比

3 結(jié)論

對消磁電源原理線路改進(jìn)和器件的更換后，在對電源模塊進(jìn)行電磁兼容摸底試驗(yàn)性過程中，根據(jù)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，通過調(diào)整內(nèi)部走線及濾波器參數(shù)，減小了低頻傳導(dǎo)干擾。另外改進(jìn)屏蔽工藝，有效的屏蔽了電場和磁場輻射。最后對電源模塊進(jìn)行試驗(yàn)，電磁兼容性能指標(biāo)全部合格，完全滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對該項(xiàng)目的指標(biāo)要求。

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