電子控制設備的抗干擾設計研究

李思愚 張燕霞 戶文剛

摘要：電子控制設備運行過程中很容易受到外界電磁信號的干擾，發生設備運行故障或者安全事故問題，有必要不斷提高電控設備的抗干擾設計水平。該文主要對干擾的定義及傳播途徑進行詳細分析，結合對電子控制設備干擾源的研究，通過對抗干擾技術方法進行具體分析，提出如何提高電子控制設備抗干擾設計水平。

關鍵詞：電子控制設備??電磁干擾??抗干擾技術??干擾源

中圖分類號：TN917??文獻標識碼：A???文章編號：1672-3791（2022）07（b）-0000-00

Research?on?Anti-interference?Design?of?Electronic?Control?Equipment

LI?Siyu??ZHANG?Yanxia??HU?Wengang

（Gansu?Vocational?and?Technical?College?of?Communications，?Lanzhou，?Gansu?Province，?730070?China）

Abstract：?During?the?operation?of?electronic?control?equipment，?it?is?easy?to?be?disturbed?by?external?electromagnetic?signals，?resulting?in?equipment?operation?faults?or?safety?accidents，?it?is?necessary?to?continuously?improve?the?anti-interference?design?level?of?electronic?control?equipment.?This?paper?mainly analyzes?the?definition?and?propagation?path?of?interference?in?detail，?combined?with?the?research?on?the?interference?source?of?electronic?control?equipment，?through?specific?analysis?of?anti-jamming?technology?and?methods，?this?paper?puts?forward?how?to?improve?the?anti-interference?design?level?of?electronic?control?equipment.

Key?Words：?Electronic?control?equipment;?Electromagnetic?interference;?Anti?interference?technology;?Interference?source

通過對電磁干擾進行全方位分析研究，從而掌握電子設備抗干擾技術的有效應用方法，確保電子設備能夠更好地應對外界復雜的電磁環境。電子控制設備被廣泛應用于電力系統或電子領域，多采用集成電子電路系統對電子設備進行控制，電子設備長時間處于電子輻射、高壓輸電等受電狀態會更容易受到外界因素的干擾，從而導致電子系統無法正常高效的運行。隨著電子技術的更新發展，需要加強對抗干擾技術的應用研究，最大程度地保證電力企業生產安全。

1?電子干擾

1.1?電子干擾定義

電子干擾通過擾亂電子控制設備電波而導致系統功能作用喪失或者效能下降，主要表現為削弱電子控制設備系統的整體控制與制導能力。電子干擾通常無法對干擾對象造成永久的損傷，更多是指在電子控制設備特定運行時間內對設備系統運行能力進行部分或者全部干擾，導致電子設備系統功能效用部分或者全部喪失，通過制造電磁干擾信號來進入電子控制設備接收機，較強的電磁干擾信號能夠導致電子設備接收機無法順利提取和接受外界信息。通過電子干擾能夠不斷增大電子設備運行控制誤差范圍，對電子設備本身的控制水平及溫度、機械振動以及電磁現象產生不同嚴重程度的干擾。噪音作為電子設備電磁信號干擾的核心表現形式，是電子控制設備中最為常見的干擾信號，噪音干擾主要分為常模和共模兩種類型，常模噪音作為對稱噪音又包括噪音電流和信號電流兩種，而兩種電流在電子設備中擁有相同的運行軌跡。共模噪音作為不對稱噪音會在電流運行過程中分流出一部分，相比常模噪音電流而言，共模噪音分流出的部分電流更容易抑制，同時由于共模噪音交直流交互作用的特性，能夠運用隔離、接地等多種方式對其進行抑制。

1.2?電子干擾產生的原因

電子干擾包括內源干擾和外源干擾，電子控制設備運行過程中各類電子元器件同步作用必然會產生各種無用信號，電磁信號是干擾電子設備的主要因素，多由于電子元器件本身運行或者外界人為因素的影響，此外包括電網系統、電器設備都是造成電子干擾的原因。例如由分布電容造成的靜電耦合、互感效應造成的電磁耦合以及電阻造成的阻抗耦合等都會產生電子干擾。電子控制設備產生電子干擾需要包含干擾源、耦合通道以及接受通道三個重要因素，從干擾因素來看，抗干擾措施可從這3個因素重點入手，通過避開干擾源、阻止耦合通道、降低電路接受通道的噪音敏感性來加強電子設備抗干擾性。此外，從電子干擾的類型來看，脈沖型干擾和正弦型干擾主要由于外部原因造成電子設備干擾，而起伏型干擾主要由于電子設備自身造成電子干擾。

1.3?電子系統中的干擾源

（1）熱干擾。與電子控制設備運行過程中產生的溫度、熱量有很大的關聯，熱能對電子控制設備內部的元器件造成直接干擾，因而需要采用良好的導熱性金屬材料以制作防護罩的方式來屏蔽電子設備內熱能的干擾。（2）機械干擾。電子設備處于工作狀態時在機械振動的影響和沖擊下，電子控制設備內部的元器件會產生變形，從而導致內部電路原有參數信息發生改變。因而針對機械振動想要達到減震作用就需要采用彈簧或者橡膠等材料做好防護措施。（3）電磁干擾。主要是指電子系統運行中由于電路元器件運行產生的靜電感應而造成的電磁干擾，針對電磁干擾可通過屏蔽靜電和電磁信號的方式來達到抗干擾效果。

2?電磁兼容性抗干擾設計及原理分析

2.1?接地設計

首先，電子設備采用接地技術的主要目的在于：一是有效防止外界電磁場的干擾，通過將機殼接地來為大肆積累的靜電感應提供電荷泄放的通道，避免電荷形成高壓而導致設備內部產生火花放電對設備控制運行產生干擾，同時可采用接地技術來對電路進行屏蔽，同樣能夠獲得較好的屏蔽效果。二是通過采用接地技術能夠確保電子系統中所有的電路有共用的參考零電位，最大限度地保證電路系統能夠穩定正常運行。其次，接地技術的核心作用在于保證電子控制設備能夠安全工作，對于產生的電磁感應或者由于輸入電壓絕緣性不良等原因造成工頻交流電源與機殼直接相通時，殼采用接地技術避免電力操作人員發生觸電安全事故。最后，針對電路系統電路的接地方式可以通過單點接地的方式來達到抗干擾目的，通過在一個線路中確定物理接地參考點，將其他接地點全部銜接到這一個確定的物理接地點上來達到抗干擾效果。而多點接地則通過將電路系統內部的各個接地點銜接到最近距離的接地平面上，合理控制接地引線長度來達到抗干擾效果。同時接地平面包括電子設備底板部件、電路系統接地導線或者電子設備結構框架等[1]。

2.2?屏面設計

采用屏面技術對電路系統內兩個不同的空間區域進行金屬性隔離，即控制一個區域電場、磁場和電磁波對另外一個空間區域產生電磁感應和電磁輻射，采用屏蔽體將整體電力系統內包括各路元器件、組合件以及電纜電路等干擾源進行包圍，防止電磁感應向外擴散干擾電磁場，同時采用屏蔽體避免電路設備或電子系統受到外界電磁場的干擾。屏蔽體本身對電力系統內元器件、電纜導線以及電路系統內外部電磁波起著能量吸附、反射能量和抵消能量的作用，因而需要充分發揮屏蔽體的抗干擾功能。此外，要慎重選擇屏蔽體材料，當電路系統干擾電磁波頻率相對較低時需要選用高導磁率的屏蔽材料，通過將磁力線控制在屏蔽材料內部來避免磁力擴散到屏蔽體屏蔽的外部空間。當電路系統干擾電磁場頻率較高時則需要采用低電阻率金屬材料形成的渦流來抵消外界電磁波，從而形成保護屏蔽層達到屏蔽效果。此外針對一些特定場合需要選用不同金屬材料形成不同層次屏蔽體達到多層屏蔽效果。總體來看，屏面設計主要通過靜電屏蔽、磁屏蔽以及電磁屏蔽技術來達到屏蔽抗干擾效果，采用靜電屏蔽技術是指靜電場的電源線在接地金屬導體位置被中斷來避免產生電磁場，而采用磁屏蔽技術需要借助具有高導磁率的金屬材料使得磁場電路發生變化，從而達到屏蔽磁場和抗干擾的效果[2]。

2.3?其他抗干擾技術

（1）電路技術。主要針對經過屏蔽基礎處理之后仍然無法完全防止電路干擾而采用電路技術與屏蔽技術相結合的方式來達到完全抗干擾的效果。采取平衡電路措施將雙線電路中的兩根導線與相關的所有電路形成阻抗，確保2根導線周圍的干擾信號具有相同的阻抗，促使噪音干擾形成共態信號而產生自行消失的作用。電路技術并不是指某一種技術，而是包括平衡電路、接點網絡、整形電路以及選通電路等多種電路技術，結合實際情況采用不同的電路技術是有效控制抗干擾效果的有效措施。（2）濾波技術。電路系統內干擾頻譜成分與系統內有用的頻率不相等，通過采用濾波器來減小傳到干擾電平，從而更好地對有用信號頻率的不同成分進行有效抑制，可靈活應用于干擾源抑制、干擾耦合的消除以及增強電子控制設備接收機抗干擾能力等范圍領域，電路電源在阻容、感容去耦網絡的作用下得以隔離開來[3]。

3?電路保護器件的選擇技巧

對于元器件的選擇需要明確電路保護元器件的類型，結合不同元器件的不同特點和應用范圍合理選擇，工程師需要了解各路元器件的作用、特點，明確保護電路的具體流程方法和電路系統運行不穩定行為，經過多次模擬測試之后合理選擇過壓保護器件或者過流保護器件。當前，電子控制設備處于電路系統運行過程中容易遭受ESD、過流、過熱等現象的危害，對于電路保護器件需要在考慮伏安特性及器件保護級別的基礎上重點考慮與電子設備相適應的尺寸、元器件不同大小的能量密度、電子設備接口速率信號的完整性以及元器件電容大小、元器件耐沖擊次數、抗震防潮因素等，從而選取最為合適的電路保護器件[4]。

關于過流功能保護器件用于串聯電路中需要建立在電阻小、功耗小的基礎上，電路系統處于正常運行狀態時，過流保護器件充當一根導線來穩定導通電路，在電路系統發生電流波動時能夠承載一定的電流波動范圍，這時要明確過流保護器件電流承載范圍，當電流過載時則會開啟熔斷器，通過斷開電路電流來保護電路安全，防止電路危害不斷擴散。在選擇過壓保護器件和過流保護器件時要著重考慮元器件的熔斷性能和額定電流，結合熔斷器周圍電路環境來分析熔斷器熱能值[5]。

4?信號傳輸抗干擾設計

4.1?輸入信號線路線纜

關于電子控制設備系統信號傳輸線的選擇需要在允許的頻率范圍內可采用屏蔽雙絞線輸入模擬信號，或者采用雙層屏蔽雙絞線電纜做輸入模擬信號TA，外層屏蔽需要向地面靠攏，采用懸空的形式來防止不平衡接地電勢對二次控制設備造成的干擾。

4.2?開關狀態信號線設計

通常用繼電器作為控制信號的控制對象，而開關信號為狀態信號的主要傳輸信號，選用雙絞線作為信號傳輸線要盡可能以并行傳輸的方式來提高抵御共模信號干擾能力，要避免將傳輸線與連接器斷續相連，針對多個雙絞線連接在一起時要盡量采用不同節距的雙絞線對于多對長距絞合線需要設置好絞合線交叉具體位置和距離，在增大節距絞合的基礎上達到抑制噪聲的效果[6]。

4.3?其他抗干擾措施

為了達到抑制整流電源紋波干擾的目的需要對電源做穩壓處理，在遇到電壓穩定而電子電路系統無法正常運行的情況時需要明確電路無法運行的原因，常見的多由于放大電路輸入端與整流電源輸出端連接線長度超過限制的長度，對于連接線長度超過20?cm時可考慮安裝濾波器的方式來維持電子電路系統正常運行。此外，針對邏輯電路板中的電源線和地線要確保分布合理，盡可能將布線長度控制得短一些來避免產生布線回路現象。

5?結語

綜上所述，電子控制設備干擾源受多方面因素的影響會產生不同危害程度的干擾，該文通過對干擾的內涵、類型及干擾源傳播來源進行重點分析，從而具體說明了集中抗干擾措施的實施辦法。在整個電路系統領域中，電子控制設備抗干擾和抑制干擾一直是需要重點分析研究的方向，需要結合實際情況進行具體分析，才能更好地采用適合的抗干擾措施達到理想的抗干擾效果。

參考文獻

[1] 王振華，姚玉林，曹火焰.電子控制設備的抗干擾設計研究[J].科技創新與應用，2021，11（28）：90-92.

[2]?林宇衡.電子電路設計的實用技巧研究[J].電子制作，2021（16）：81-82，88.

[3]?孫偉.電子電路設計的實用技巧研究[J].電子元器件與信息技術，2020，4（3）：122-123.

[4] 劉修泉，楊偉，李艷紅.基于TRIZ的RAM存儲器掉電保護電路的優化設計[J].機電工程技術，2021，50（8）：127-130.

[5] 海濤，陸代澤，陸代強，等.一種基于晶閘管的串聯LED故障保護電路的設計[J].實驗技術與管理，2021，38（7）：78-82，94.

[6] 鄒玉煒.無線電能傳輸的抗干擾調諧系統設計[J].現代電子技術，2019，42（17）：114-118.