可燃氣體報警控制器電磁兼容性設計

曾亮

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

摘 要：控制器的使用環境復雜，電磁干擾對產品的性能會產生嚴重的影響。因此，做好產品的電磁兼容設計，能夠滿足產品的報警控制要求。該文系統的分析了燃氣報警控制器在使用過程中可能遇到的干擾，給出了抗干擾措施，從而提高燃氣報警控制器的電磁兼容性。

關鍵詞：報警控制器 電磁兼容 干擾分析

中圖分類號：TM762.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（b）-0002-02

可燃氣體報警控制器可實時檢測工作場所環境中可燃氣體的濃度，濃度超過所設定的報警值時，控制器發出報警信號，并提供控制輸出接口。只有合理設計其電磁兼容性能，才能保障設備的報警防護功能發揮最佳性能。

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。干擾源經過電源、信號線或控制電纜傳導至控制器內部。可能導致主機復位，顯示異常、甚至是誤報警等問題。

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大地或中線對大地間。共模干擾在線路傳輸中還會向鄰近空間輻射，而差模則不會，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計

主要設計分電路的設計、線路板的設計、屏蔽結構設計、信號線/電源線濾波、電路的接地方式設計。

2.1 電路的設計

電路設計中在電源模塊與信號線傳輸接口增加濾波器和繞線磁環增強輸入輸出濾波電路的設計，同時，在主芯片和存儲芯片等增加接地電容提高傳輸信號的抗干擾度。

2.2 線路板的設計

控制器采用分布智能控制電路，主機由顯示板和回路板組成。兩塊電路板各有一塊CPU控制，顯示板實現濃度和探測器信息的顯示功能，回路板實現探測器濃度的采集，報警故障狀態的確認功能。兩塊電路板由CAN通訊，實現信息的交互。

2.3 屏蔽結構設計

控制器的機箱是壁掛式，交流與直流電源轉換模塊是安裝在機箱內部，此電源為一開關電源，其自身產生的各種噪聲形成一個很強的電磁干擾源。所以電源模塊外部加屏蔽罩，避免其對于信號的影響。在整體結構設計中，面板結構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玻璃板作為靜電隔離的輔助作用。

2.4 信號線/電源線濾波

控制器的電源線上會出現傳導發射電流，該干擾沿著電源線傳播，可能導致主機運行異常。電源線采用磁環濾波，盡量遠離各種信號電纜。在電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗中，快速瞬變信號含有很寬的頻譜，很容易以共模的方式傳入控制電路內，通常在通信端口及控制端口的小信號電路中，采用TVS管及相應的接地保護。并減小共模電感的分布電容、加強輸入電路的共模信號濾波（加共模電容或插入損耗型的鐵氧體磁環等）來提高系統的抗擾性能。

控制器信號線上電磁輻射超標時加濾波器與濾波繞線鐵氧體磁環，從而減小信號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，并傳導進機箱。

2.5 電路的接地方式設計

通過打磨處理機箱底部使機箱與地面接觸效果增強，通過增加機殼內部電路板之間的連線和電源轉換模塊下濾波器與電源線及機箱的連線，來增強信號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試

3.1 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗

評估控制器供電電源端口、信號和控制端口在受到重復的快速瞬變脈沖群干擾時的性能，驗證對來自操作暫態過程（如，開斷感性負荷、繼電器觸頭彈跳等）中的各種類型瞬變擾動的抗擾性。

3.1.1 試驗要求與條件

按GB 16838規定的試驗方法對試樣施加表1所示條件的電磁干擾試驗。

3.1.2 試驗設備與方法

試驗設備應滿足GB 16838的規定。

對交/直流電源端口的試驗使用容性耦合夾。試驗電壓通過耦合/去耦網絡施加到保護地上，內部電源模塊加有繞式磁環，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。

對其他連接線的試驗，采用容性耦合夾，加有夾式磁環。

3.1.3 試驗記錄

試驗期間觀察并記錄如表2所示。

3.2 靜電放電抗擾度試驗

檢驗控制器對帶靜電人員、物體接觸造成的靜電放電的適應性。試驗期間，試樣應保持正常監視狀態。試驗設備應滿足GB 16838的規定。

3.2.1 試驗方法

按GB 16838規定的試驗方法對試樣及耦合板施加表3所示條件的電磁干擾試驗。試驗期間觀察并記錄試樣狀態。

3.2.2 試驗記錄

試驗期間觀察并記錄如表4所示。

4 控制器的電磁兼容性測試結論

該文從實際工作出發，詳細介紹了有關可燃氣體報警控制器的電磁兼容設計方法，該方法具有普遍意義。

設計中主要考慮控制器自身的抗外界干擾的能力差，加強在電路設計、線路板設計、屏蔽結構、信號線/電源線濾波、電路的接地方式設計的抗干擾能力。

參考文獻

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