電力貓產(chǎn)品的應(yīng)用及電磁兼容設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究

摘? 要：電力貓產(chǎn)品因?yàn)楫a(chǎn)品的特性，具有即插即用、組網(wǎng)方便、穩(wěn)定性強(qiáng)、能夠一對(duì)多進(jìn)行傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，具有這些特性將會(huì)給這些產(chǎn)品的市場(chǎng)推廣帶來(lái)更多的便利性。針對(duì)此類產(chǎn)品在EMC上的設(shè)計(jì)，也需要進(jìn)行一些規(guī)范化處理，增加相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，從設(shè)計(jì)的角度對(duì)EMC輻射、浪涌、電快速瞬變脈沖群、傳導(dǎo)抗干擾進(jìn)行分析總結(jié)，供行業(yè)的設(shè)計(jì)者進(jìn)行參考。

關(guān)鍵詞：EMC;電力貓;電磁兼容

中圖分類號(hào)：TN913.6? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）15-0074-04

Research on the Application of PLC Products and the

Essentials of EMC Design

ZHANG Xukun

（Shenzhen Gongjin Electronics Co.，Ltd.，Shenzhen? 518052，China）

Abstract：PLC products because of the characteristics of the product，with plug and play，network convenient，strong stability，can be more than one pair of transmission characteristics，with these characteristics will bring more convenience to the marketing of these products. In view of the EMC design of such products，some standardized treatment should be carried out，and corresponding design schemes should be added. From the perspective of design，analysis and summary of EMC radiation，surge，rapid transient pulse group of electricity and conduction anti-interference should be made，so as to provide reference for designers in the industry.

Keywords：EMC;PLC;electromagnetic compatibility

0? 引  言

電力線載波通信（Power Line Communication，PLC）是利用正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM），通過(guò)載波方式將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)加載在電力線上進(jìn)行高速傳輸。電力線上傳輸PLC高頻信號(hào)，電源線成了數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇椤］椛錅y(cè)試時(shí)，電力貓工作頻率會(huì)因?yàn)殡娫淳€的天線效應(yīng)通過(guò)普通電源線發(fā)射出來(lái)。普通電源線對(duì)高頻的信號(hào)在信號(hào)匹配和抑制方面沒(méi)有很好的效果，故電力貓項(xiàng)目在RE（輻射騷擾）長(zhǎng)期處于通信頻段超標(biāo)嚴(yán)重現(xiàn)象，行業(yè)中基本都是采用“降功率”手段來(lái)暫時(shí)解決問(wèn)題。但是此法會(huì)直接影響其產(chǎn)品性能，導(dǎo)致申請(qǐng)認(rèn)證測(cè)試的樣品和實(shí)際出貨的產(chǎn)品處于“發(fā)射功率”不一致的狀態(tài)。認(rèn)證樣品功率低，出貨產(chǎn)品功率高，而實(shí)際上出貨的產(chǎn)品是無(wú)法通過(guò)EMC測(cè)試的。

本文從產(chǎn)品的自身特性出發(fā)分析產(chǎn)品的特點(diǎn)，總結(jié)EMC的設(shè)計(jì)方案，以確保電力貓產(chǎn)品順利通過(guò)國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品認(rèn)證（國(guó)內(nèi)CQC自愿認(rèn)證，國(guó)外EN 50561、EN 55412認(rèn)證）。

1? 電力貓產(chǎn)品的特性及優(yōu)勢(shì)

電力貓產(chǎn)品工作原理就是將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC信號(hào)加載在電力線上進(jìn)行傳輸，在需要提取的地方提取出PLC信號(hào)然后再解調(diào)出網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，得到我們需要的信息。產(chǎn)品具有即插即用、組網(wǎng)方便、穩(wěn)定性強(qiáng)、能夠一對(duì)多進(jìn)行傳輸，給我們帶來(lái)了很大的便利。

電力貓產(chǎn)品具有動(dòng)態(tài)功率控制特性，電力貓產(chǎn)品還會(huì)根據(jù)電力線的頻率阻抗，調(diào)整產(chǎn)品的通信頻段和發(fā)射功率，自我控制產(chǎn)品的通信頻率和功率來(lái)保證產(chǎn)品的傳輸特性。發(fā)射功率越高，產(chǎn)品性能越好，同時(shí)輻射出的雜訊能量也會(huì)越高。但在EMI標(biāo)準(zhǔn)EN 55022中對(duì)發(fā)射限值有對(duì)應(yīng)要求，以保證電力貓產(chǎn)品正常工作時(shí)不會(huì)影響到其它產(chǎn)品及廣播的正常工作。

電力貓產(chǎn)品具有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)頻率排除功能，為了不影響正常使用的無(wú)線電廣播的繼續(xù)正常使用，電力貓產(chǎn)品可以自動(dòng)偵測(cè)到現(xiàn)有的無(wú)線電產(chǎn)品工作頻率信號(hào)，當(dāng)偵測(cè)到有效的無(wú)線電信號(hào)（功率大于-95dBm）時(shí)，自動(dòng)將自己的發(fā)射功率降低，以保證無(wú)線電廣播正常工作，不影響其正常通信。

電力貓產(chǎn)品與其他的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備相比具有成本低、周期短、范圍廣、帶寬大且穩(wěn)定性強(qiáng)、便捷性強(qiáng)等五大優(yōu)點(diǎn)，對(duì)比其他的組網(wǎng)方式，表1中有具體的優(yōu)勢(shì)。

2? 電力貓產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)景

電力貓產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)景，根據(jù)其自身功能特性，電力貓產(chǎn)品通常使用在家庭組網(wǎng)、小區(qū)智能管理、企業(yè)辦公、機(jī)場(chǎng)、隧道等特殊場(chǎng)合。

在家庭、辦公室使用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，我們都希望網(wǎng)絡(luò)信號(hào)能夠分布在家庭的每個(gè)角落，每個(gè)房間擁有很強(qiáng)的無(wú)線信號(hào)是每個(gè)家庭夢(mèng)寐以求的事情，而使用無(wú)線路由器通常覆蓋的面積范圍有時(shí)非常有限，而且穿墻功能差還會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定情況。電力貓產(chǎn)品正好彌補(bǔ)了Wi-Fi的這一致命弱點(diǎn)，很多公司通常采用的應(yīng)用場(chǎng)景，根據(jù)其自身功能特性，電力貓產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，解決Wi-Fi信號(hào)不能全覆蓋的問(wèn)題。

小區(qū)智能管理方案，應(yīng)用采用電力貓產(chǎn)品對(duì)小區(qū)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，端對(duì)端的管理，采用一對(duì)多的模式，實(shí)現(xiàn)小區(qū)的智能管理。具體的智能小區(qū)遠(yuǎn)程管理方案如圖1所示。

小區(qū)遠(yuǎn)程抄表，借助于機(jī)械電表的智能管理系統(tǒng)應(yīng)用，電力貓產(chǎn)品的智能抄表系統(tǒng)的應(yīng)用方案如圖2所示。

電力貓產(chǎn)品的Wi-Fi拓展、有線轉(zhuǎn)無(wú)線、智能監(jiān)控等綜合應(yīng)用場(chǎng)景，在寫字樓、酒店、企業(yè)等都有應(yīng)用，導(dǎo)入電力貓產(chǎn)品，將會(huì)產(chǎn)生事半功倍的效果，在成本上也將得很大的降低，如圖3所示[1]。

3? 電力貓產(chǎn)品的EMC設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電力貓產(chǎn)品EMI輻射設(shè)計(jì)因產(chǎn)品在普通電力線上傳輸高頻PLC信號(hào)的特性，在輻射的指標(biāo)上很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，需要針對(duì)測(cè)試場(chǎng)地進(jìn)行一些特殊處理，同時(shí)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上需要增加相對(duì)應(yīng)的方案。

電力貓產(chǎn)品利用電力線進(jìn)行信號(hào)傳輸，其產(chǎn)品使用通信工作頻率為2～87.5MHz，高頻信號(hào)在普通的電力線上傳輸，因?yàn)樘炀€效應(yīng)，電力線會(huì)將高頻信號(hào)發(fā)射出來(lái)。而我們輻射測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)考量的頻段從30MHz開(kāi)始，這樣將會(huì)導(dǎo)致從30～87.5MHz的頻段輻射超標(biāo)問(wèn)題。電力貓產(chǎn)品的傳輸功率會(huì)因?yàn)閷?duì)應(yīng)頻率段傳輸線上的特性阻抗發(fā)生變化，通常阻抗越大，發(fā)射的功率越強(qiáng)。我們實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)試環(huán)境場(chǎng)地整改的方式，從以下三個(gè)方面改善：

（1）保證電力貓供電電源的干凈（低噪聲），使用單獨(dú)的LISN隔離電力貓的供電電源。

（2）將PLC信號(hào)的傳輸線與實(shí)驗(yàn)室暗室的外殼地（大地）之間進(jìn)行隔離，以降低地平面對(duì)PLC信號(hào)的反射。

（3）需用同一條（中間不進(jìn)行轉(zhuǎn)接）、大小（耐電流）適中電源線連接兩個(gè)電力貓進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，保證電力線的傳輸阻抗的連續(xù)性和匹配的特性。

改善以上三點(diǎn)后，電力貓產(chǎn)品測(cè)試即可以達(dá)到法規(guī)的EN 55022中的B級(jí)限值要求，如表2所示。

改善后的電力貓產(chǎn)品的測(cè)試環(huán)境，按照?qǐng)D4所示進(jìn)行改善，整改實(shí)驗(yàn)室時(shí)候，需要注意的事項(xiàng)如下：

（1）兩個(gè)電力貓之間的通信電源線必須進(jìn)行隔離，而且與地之間的間距需達(dá)到10cm以上。

（2）內(nèi)部電源線和網(wǎng)線不能絞在一起，導(dǎo)致信號(hào)相互干擾。

（3）PLC信號(hào)傳輸線材中間靠近接口處增加5～10顆磁環(huán)（Core）或者電磁夾，保證外部帶進(jìn)去的干擾信號(hào)得到足夠的衰減，不影響測(cè)試的結(jié)果。[2]

測(cè)試環(huán)境改善后，在EMI輻射設(shè)計(jì)上我們需要進(jìn)行一些濾波和防護(hù)處理，電力貓實(shí)際上是開(kāi)關(guān)電源電路和PLC信號(hào)電路的集合體。在EMC的設(shè)計(jì)上，我們需要在電源接口部分進(jìn)行EMI的濾波，同時(shí)還需要對(duì)電路進(jìn)行EMS的防護(hù)處理，圖5為一款電力貓產(chǎn)品的EMC設(shè)計(jì)方案原理圖，包括浪涌和靜電防護(hù)措施。

從接口AC端輸入，具體方案如下：

（1）電源入口處增加過(guò)流防護(hù)保險(xiǎn)絲F1，屬于安全方面的防護(hù)方案。

（2）L、N線增加差模濾波方案差模電感L60、L61，濾除差模干擾。

（3）之后增加差模浪涌防護(hù)VR1，保證差模浪涌性能。

（4）N線上串聯(lián)負(fù)溫度系數(shù)保險(xiǎn)絲NTC1，抑制通電瞬間的電壓、電流過(guò)沖，此方案屬于可靠性的防護(hù)措施。

（5）L、N線上增加雙共模電感LG1、LG2進(jìn)行共模濾波處理，濾除共模干擾噪音。

（6）在LG1和LG2之間增加差模濾波電容CX1，進(jìn)行差模濾波。

（7）R399、R400是在斷電時(shí)候?qū)Σ钅ｋ娙軨X1進(jìn)行放電，保證安全性能，殘留電荷急速放電中和，按規(guī)定要求在1S內(nèi)完成放電。

電源部分的變壓器初次級(jí)需要增加Y電容進(jìn)行地連接，已確保初次級(jí)地的回路暢通，從而保證EMI輻射和傳導(dǎo)的指標(biāo)。圖6中增加了CY2電容對(duì)初次級(jí)進(jìn)行了連接。

PLC信號(hào)端芯片的靜電防護(hù)方案，為保證PLC芯片的靜電性能，增加D10、D16 TVS對(duì)PLC芯片進(jìn)行靜電防護(hù)，同時(shí)采用2kV的高壓信號(hào)耦合電容C440、C443、C447將PLC信號(hào)耦合到AC端通過(guò)電力線進(jìn)行傳輸。具體方案如圖7所示。

4? 結(jié)? 論

電力貓產(chǎn)品相對(duì)于常規(guī)的通信行業(yè)組網(wǎng)設(shè)備來(lái)說(shuō)，具有成本更低、組網(wǎng)更便捷、采用電力線傳輸信號(hào)更穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)彌補(bǔ)了Wi-Fi的穿墻能力弱的缺點(diǎn)。相信在不久的將來(lái)國(guó)家推出的PLC行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)PLC行業(yè)的發(fā)展會(huì)有更大的推動(dòng)作用，未來(lái)電力貓產(chǎn)品將會(huì)在國(guó)內(nèi)得到更好發(fā)展，PLC行業(yè)前途一片光明。

參考文獻(xiàn)：

[1] 深圳市海億康科技科技有限公司.PLC技術(shù)交流（電力貓） [EB/OL].https：//wenku.baidu.com/view/b29c6ce464ce0508763231126edb6f1afe007169.html，2017-12-08.

[2] 張緒坤，劉圣文，袁慶壯，等.PLC電力貓的EMI測(cè)試方法 [J].安全與電磁兼容，2017（4）：19-24.

作者簡(jiǎn)介：張緒坤（1978.10-），男，漢族，江西武寧人，本科，學(xué)士學(xué)位，中級(jí)工程師，研究方向：電子產(chǎn)品的EMC及RF方面的設(shè)計(jì)研究。