监控用电力表面的电磁兼容方案

1 前语

电力行业常用的监控表面与传统的电参量变送器对比，逐渐向智能化、集成化、多仪表磁功用化方向展开，并且在电磁兼容功用上也有很高的需要(EMS和EMI试验均有有关需要)。方案者怎样选择恰铁氧体黑磁当的EMC方案方案，对产品方案的胜败起到决定性效果。这篇文章就怎样进行电力监控表面的电磁兼容方案进行了概括论说。

2　标准解读

2.1 判定标准

联络重工业产品通用标准，电力监控用水表磁电力表面需要满足的EMS、EMI项目及评判等级见图1。

2.2 标准解读

烦扰通常分为持续烦扰和瞬态烦扰两类。如广播电台、手机信号、步话机等归于持续烦扰。由于开关切换，电机制动等构成电网的不坚定，此类烦扰我们称为瞬态干 扰。图1中瞬态烦扰包含：浪涌SURGE，静电ESD，电快速脉冲群EFT/B，电压暂降、短时间断和电压改动DIPS；持续烦扰包含：传导活络度CS， 辐射活络度RS。

评判等级A所述的“功用不降低”，即烦扰施加后，硬件无危害，烦扰施加过程中无死机、复位、数据掉帧或误码率较高级问 题，如同无烦扰施加到产品一样。通常持续性的烦扰的评判等级均选用此评判等级。瞬态烦扰为偶然性发作，且致使的电网烦扰时间不长，故暂时功用降低，也便是 评判等级B。

2.3　EMS试验项目及烦扰实质分析

(1)浪涌SURGE：波形1.2/50μs、8/20μs，是一种脉冲宽度为几十个μs的脉冲，是一种传导性烦扰，因其脉冲带着较强能量，故需要对一切功用端口做相应程度的防护，否则会致使内部电路元件的永久性硬危害。

(2)静电EMD：波形上升沿为0.7-1ns，是一种脉冲宽度为几十个ns的脉冲，因其峰值电压计划在数千至上万伏，故脉冲也具有一定的能量，须在端 口做防护。由于其上升沿很陡，故其带着的高频谐波很丰盛，可达500MHz，所以静电在表面一切暴露的金属部件（包含端子，螺钉等）进行触摸放电或孔缝 （包含LED指示灯的开孔，各种散热和查询孔）时，或分别对水平耦合板和垂直耦合板直接放电时，均会在放电点瞬时构成一个高频电场，通过空间对电路进行干 扰，这种烦扰是共模烦扰。因而，静电方案时应留心端口保护和空间高频辐射场两方面内容。

(3)电快速脉冲群EFT/B：波形上升沿为5ns，波形为数个周期脉冲串的组合，能量很低。烦扰的性质和静电一样是共模，烦扰路径既包含传导也包含辐射。

(4)传导活络度CS：共模烦扰，烦扰频段从150KHz到80MHz。在进行项目试验时，其烦扰信号源至表面的线缆长度与烦扰频段（30MHz）对应 的波长λ的1/4对比，故在施加烦扰电压的调制频率逾越30MHz时，因趋肤效应，烦扰信号首要以空间辐射方法出现（低于30MHz时，首要还是以传导方 式烦扰）。

(5)辐射活络度RS：共模烦扰，烦扰频段从80MHz到1GHz。需留心，外拖的线缆充当接收天线，烦扰为电磁场的远场。

2.4　EMI试验项目及烦扰实质分析

EMI试验包含传导发射CE和辐射发射RE。CE查询的频段为150KHz~30MHz，RE查询的频段为MHz~1GHz，通常按A类设备需要。对电 力表面而言，首要查询其内部电源（通常为开关电源）、晶振(包含有源晶振和无源晶振)等首要打扰源通过天线(由外拖线缆充当)构成的传导和辐射，在方案时 应分外留心对上述打扰源的处理。

3　电磁兼容方案方法

3.1 电磁兼容方案的底子思路

出现EMC疑问，必须有烦扰源，耦合路径及活络设备三要素，短少任何一个环节，均不能构成EMC疑问。因而，关于EMC疑问，其方案便是关于三要素中的 一个或几个采用技能措施，束缚或消除其影响，底子思路可分为“堵”和“疏”两类。“堵”便是通过增加共模滤波器，选用光耦等隔绝或线缆套磁环等方法增加共 模阻抗Z；“疏”便是通过电容构成高频通路，将共模烦扰引入阻抗更低的地(PE)或金属壳。一个EMC方案通常可以通过既“堵”又“疏”的方法，在本钱增 加不大的情况下，可获得较好的EMC功用。

3.2　EMC处理方法

屏蔽、接地和滤波是EMC处理的三种方法。在下文中将详细说明。

4 原理图级方案

在判定表面需要满足的电磁兼容项目及试验等级后，在原理图方案时就有必要对有关试验项目进行方案，最大程度降低电磁兼容风险和节约项目开发时间。

4.1　端口方案

表面的端口包含电源端口及信号端口，在EMC检验项目中关于端口的试验包含浪涌SURGE，静电ESD，电快速脉冲群EFT/B，传导活络度CS，传导 发射CE，电压暂降、短时间断和电压改动DIPS。因而在方案中应遵从先进行浪涌防护后进行隔绝/共模滤波的次第进行。

(1) 浪涌防护方案

根据表面端口的定义，浪涌分为差模浪涌和共模浪涌两种。如信号端口（也包含工作电源端口）的进线和回线间为差模浪涌，电路的进线和回线分别对地（接地端子）为共模浪涌。

克制浪涌最常用的器件便是浪涌克制器件，如气体防电管、压敏电阻、TVS。不一样的端口根据其功用，选用不一样的组合方案进行浪涌的防护。例如，当表面是三相四线输入，由于电压端口为高阻输入，在浪涌等级需要不太高时，通常无须选用压敏电阻和气体放电管。

(2) 共模滤波器的方案

通过在端口邻近方案共模滤波器，对共模烦扰进行旁路。滤除共模烦扰也可采用方案隔绝元件等增大共模阻抗的方法或通过电容接地（假设端口方案有接地端子，应满足相应安全需要）的方法来完结。

方案共模滤波器，首先应明晰共模烦扰的频段，以便选择适合的电感、电容参数。若需要一同克制低、中、高频的共模烦扰，有时可选用低频和高频共模滤波器串联的方法来处理。

表面电源端口通常选用开关电源，由于开关电源是一个首要的对外烦扰源，需要在端口方案EMI滤波器。别的，从EMS角度考虑，由于隔绝变压器的输入输出间存在较大的分布电容，高频共模烦扰可以毫无衰减地从输入耦合至输出，因而也需要在开关电源前方案滤波器。

电源端口底子滤波电路结构见图2。当无PE时，共模电容省掉。共模扼流圈在绕制中会发作1%支配的漏感，可直接利用来进行差模滤波，若要加强差模滤波， 则可在扼流圈后增加差模电感方案。需要侧重的是，图2所示滤波器在进行PCB布板时，应尽量摆放在挨近于端口的方位，且印制线走线应留心操控环路面积，让 滤波器获得最大的插入损耗。

4.2　活络电路及器件方案

在方案中需要留心对易接收电磁烦扰的电磁活络电路和器件的方案。尽量选用抗扰度高的器件，在功用满足的情况下，尽量降低晶振的频率，尽量选择上升沿较缓的器件。

电容、电感非理想器件的寄生参数，在高频时将会大大影响其滤波效果，所以对不一样频段的烦扰信号应选择不一样的滤波参数。以电容为例，其频率阻抗曲线见图 3。这儿需要侧重的是，该类器件的引线过长时，其高频下寄生参数会降低自身的谐振频率，建议尽量选用贴片器件。一个常用的做法是选择参数相差100倍的电 容进行并联，以保证在其较宽的频段计划内始终保持电容特性。

数字芯片均应做去耦方案，分外是带着丰盛高次谐波的数字电源引脚，通常用0.1uF电容与1nF电容并联。关于数字芯片中因结构、传输路径等客观因素影响的要害信号均应做去耦方案，去耦时应留心不要影响信号的正常传输。

关于分外活络的电路单元，在本钱答应和结构方案时应充沛考虑，关于辐射试验项目(RS和RE)屏蔽材料选择铝或铜等金属，方案时为保证满足的屏蔽效能应保证低接地阻抗，在此不作详细说明。

5 结构级、PCB级方案

结构上需要考虑静电放电、射频电磁场辐射、辐射发射三项EMC试验项目，下面首要以因结构束缚，在PCB方案中常出现的一些疑问进行分析。

多见疑问一，表面因自身结构紧凑，内部常由几块PCB构成，PCB之间通过插针、互联排线等联接，怎样进行EMI防护？

这些都是EMC最为脆弱的环节，当连线长度与烦扰频率的波长可对比时，既简略接收到外界的烦扰，也简略将内部烦扰带出产品，致使EMI超标。

方案时可从以下三方面着手处理：①对插针中传递的信号进行滤波；②尽量减少插针、互联排线的长度（从技能角度可将其捆扎）；③增加地针数目，最好选用“地--信号1--地--信号2--地--信号3--地”方法，减少信号的回路面积，降低不一样PCB之间的Zgnd.

多见疑问二，关于液晶显示屏，LED指示灯，孔缝等怎样进行静电ESD防护？

在方案中建议对液晶显示屏采用透明材料绝缘处理，或增大与内部电路的放电距离。

PCB布线时应留心：①滤波器方案时不要让输入输出分隔，防止耦合，最好选用“一”或“L”型；②对要害芯片的活络信号去耦时，去耦电容应紧靠其管脚， 以减小回路面积；③活络信号不能从晶振底部穿越，也不能离挨近表面端口，长距离传输时，应留心选用包地方法；④尽量缩短要害信号的传递路径距离，选用伴地 方案时，留心增加地过孔的数目；⑤留心不要让敷地存在地割裂情况；⑥通过增加距离来降低相信号通道间的空间耦合；⑦通过正交来处理PCB顶层和底层信号的 互相影响；⑧仿照地和数字地在一点处联接，A/D通常视作仿照器件。

多见疑问三，怎样“接地”？一个产品只需一个接地址。因而，关于接 地址方位的选择非常首要，方案时应保证接地址位于烦扰信号写入端口且具有低的接地阻抗，通过电容可对共模烦扰信号能进行旁路。若表面端口方案时预留了一个 接地端子，可以是前端三相四线输入电压（La、Lb、Lc、N）的保护地PE，也可以是其交流工作电源（L、N）的保护地ＰＥ或许还有可能是RS485通 讯（A、B）的保护地PE/屏蔽地FG。

地方案时还应保证这个地是洁净的地，即EMC中所述的“静地”。本地不洁净时，共模烦扰信号可能会从地反窜流入信号构成地污染，所以结构方案和PCB方案时，常用做法是在端口预留一块铜箔，让其与内部其它信号切割开来，且留有一定的距离（安全需要考虑）。

6　结束语

电子产品在进行功用方案时，就需要进行电磁兼容方面的考虑，电力监控用电力表面也不破例。EMC方案需要从原理图、PCB和结构等方面进行概括考虑，并根据实践情况进行互相调整，这样才能最大程度的降低EMC风险，减少EMC整改本钱，毕竟满足有关标准的需要。