中心議題：
- 智能化低壓電器產(chǎn)品電磁兼容設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題
- 智能低壓電器電磁兼容干擾問(wèn)題解決措施
解決方案：
- 跨接氧化鋅壓敏電阻抗雷擊浪涌
- 接地和屏蔽
- 濾波及吸收
1 引言
近年來(lái)，我國(guó)智能化低壓電器的研究取得了一定進(jìn)展，然而，隨著技術(shù)的發(fā)展和對(duì)環(huán)境要求的提高，對(duì)電器產(chǎn)品電磁兼容的要求越來(lái)越高。因此，如何排除各種電磁干擾、解決電磁兼容問(wèn)題、提高智能化電器的可靠性和適應(yīng)性，加快產(chǎn)品化進(jìn)程，已經(jīng)成為目前工程設(shè)計(jì)人員必須考慮的問(wèn)題。
2 低壓電器抗擾度性能及試驗(yàn)要求
現(xiàn)行的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)IEC 6094721規(guī)定了低壓電器的抗擾度試驗(yàn)項(xiàng)目，包括浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)（GB/T17626.5）、電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)（GB/T17626.4）、射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度試驗(yàn)（GB/T17626.3）和靜電放電抗擾度試驗(yàn)（GB/T17626.2）。
浪涌是指低壓電器在開(kāi)關(guān)操作或被雷擊時(shí)，在電網(wǎng)或通信線(xiàn)上產(chǎn)生的暫態(tài)過(guò)電壓或過(guò)電流。浪涌呈脈沖狀，其波前時(shí)間為數(shù)微秒，脈沖半峰值時(shí)間從幾十微秒到幾百微秒，脈沖幅度從幾百伏到幾萬(wàn)伏，或從幾百安到一百千安，是一種能量較大的騷擾。
電快速瞬變脈沖群是指在同一供電回路中其他用電器(或設(shè)備)在工作過(guò)程中(如開(kāi)關(guān)、繼電器等在使用時(shí))產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖群。如果電感性負(fù)載多次重復(fù)切換,則脈沖群會(huì)以相應(yīng)的時(shí)間間隔多次重復(fù)出現(xiàn)，且有脈沖上升時(shí)間短、重復(fù)率高和能量低、頻譜分布較寬等特點(diǎn)。
電磁輻射一些來(lái)自于有意產(chǎn)生的電磁輻射源，一些來(lái)自于設(shè)備無(wú)意產(chǎn)生的雜散輻射，如晶閘管整流器、熒光燈、感性負(fù)載的開(kāi)關(guān)操作等。射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度試驗(yàn)是為評(píng)定產(chǎn)品對(duì)射頻電磁場(chǎng)抗擾度的水平而進(jìn)行的。
靜電放電抗擾度試驗(yàn)是為了評(píng)定產(chǎn)品對(duì)靜電放電抗擾度的水平而進(jìn)行的。試驗(yàn)?zāi)M操作人員或物體在接觸設(shè)備時(shí)的放電及人或物體對(duì)鄰近物體的放電，考核被試設(shè)備抗靜電放電干擾的能力。
總體上講，對(duì)于各種低壓電器產(chǎn)品，IEC6094721沒(méi)有規(guī)定具體的判別標(biāo)準(zhǔn)，而是由產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)產(chǎn)品的不同特點(diǎn)來(lái)規(guī)定具體的試驗(yàn)要求條件和水平。
[page]
3 智能化低壓電器產(chǎn)品電磁干擾常見(jiàn)問(wèn)題及解決方案探討
智能化電器的系統(tǒng)一般采用單片機(jī)控制技術(shù)和開(kāi)關(guān)電源供電方式，本身具有“弱電”和“強(qiáng)電”相混合的特點(diǎn)。產(chǎn)品在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，往往會(huì)處于高電壓、強(qiáng)電流的電磁場(chǎng)中。
筆者在對(duì)一種智能低壓接觸器進(jìn)行研究的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)未考慮電磁兼容要求的樣機(jī)進(jìn)行上述抗擾度試驗(yàn)測(cè)試，會(huì)出現(xiàn)各類(lèi)的不正常工作情況，通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題的分析，采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施。
3.1 浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案
在樣機(jī)的電源端L線(xiàn)與N線(xiàn)間加入電壓為1kV，周期為20s的正負(fù)脈沖各5個(gè)，接觸器在原來(lái)吸持的狀態(tài)下跳開(kāi)，出現(xiàn)誤動(dòng)作。若將電壓加大，甚至出現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源燒毀的現(xiàn)象。
針對(duì)以上現(xiàn)象，考慮在電源電路中增加浪涌抑制器件。常用的浪涌抑制器件有氣體放電管、氧化鋅壓敏電阻、瞬態(tài)電壓抑制器、硅二極管等。它們的工作原理不同，但有相似的伏安特性，即兩端的電壓低于規(guī)定電壓后，通過(guò)電流很小，而當(dāng)兩端電壓高于規(guī)定電壓后，通過(guò)電流會(huì)呈指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。
這一伏案特性使其能同時(shí)滿(mǎn)足浪涌抑制泄流和限幅的要求，因而也就稱(chēng)為浪涌抑制的主導(dǎo)器件。尤其是氧化鋅壓敏電阻，不僅限幅電壓可以很低，導(dǎo)通電流也可以很大，價(jià)格又便宜，已經(jīng)成為電氣設(shè)計(jì)師首選的浪涌抑制器件。
因此，采取的解決方案是在火線(xiàn)零線(xiàn)之間，火線(xiàn)對(duì)地以及零線(xiàn)對(duì)地之間跨接型號(hào)為T(mén)VR14391的氧化鋅壓敏電阻，通過(guò)測(cè)試證明，此壓敏電阻確實(shí)對(duì)抗雷擊浪涌起到關(guān)鍵性作用。同時(shí)，在電源電路中串接一個(gè)型號(hào)為5D-11的功率型熱敏電阻，它的體積小、功率大、反應(yīng)速度快，對(duì)抑制浪涌也起到較大作用。
3.2 靜電放電抗擾度試驗(yàn)過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案
靜電放電抗擾度試驗(yàn)包括兩個(gè)方面，一個(gè)是直接放電，用放電槍電極直接對(duì)準(zhǔn)被試物體的試驗(yàn)點(diǎn)實(shí)施放電；而另一個(gè)間接放電則是用放電槍電極對(duì)被試物體附近的耦合板(垂直的、水平的)實(shí)施放電。
實(shí)際測(cè)試時(shí)，將樣機(jī)整機(jī)封裝，采用8kV正極性試驗(yàn)電壓，對(duì)水平板和垂直板進(jìn)行間接放電，并對(duì)機(jī)箱邊框、扶手等金屬件及按鍵、顯示窗口等位置進(jìn)行直接放電，出現(xiàn)的問(wèn)題是LED顯示亂碼。此時(shí)用示波器測(cè)試單片機(jī)復(fù)位腳，可明顯觀(guān)測(cè)到多個(gè)周期的正弦波，幅度十幾伏左右，周期為納秒級(jí)。說(shuō)明放電現(xiàn)象引起了單片機(jī)的復(fù)位，無(wú)法使其正常工作。
針對(duì)這種問(wèn)題，一方面考慮“接地”改進(jìn)，主要是為了更好地泄放靜電放電電荷。具體的措施有增加鋪地的區(qū)域：在印制板上把沒(méi)被用上的地方都與地相連接作為地線(xiàn)用，并通過(guò)過(guò)孔將正反兩面的鋪地(覆銅)連接起來(lái)；或者在電源、地線(xiàn)之間加上去耦電容，用來(lái)濾除高頻器件在PCB電源或芯片電源腳上引起的輻射電流。
另一方面，靜電防護(hù)的有效辦法是屏蔽?？梢钥紤]將樣機(jī)的面板換為有機(jī)玻璃面板。
通過(guò)以上改進(jìn)措施，樣機(jī)能順利通過(guò)±8 kV(間接放電)和±15 kV(直接放電)的測(cè)試，抗干擾效果相當(dāng)明顯。
3.3電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案
利用群脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖，從電源輸入到樣機(jī)。受試端口為L(zhǎng)線(xiàn)，電壓1kV，重復(fù)頻率5kHz，持續(xù)時(shí)間100s。出現(xiàn)的問(wèn)題是LED顯示閃爍，接觸器不能穩(wěn)定吸合。脈沖群消失后工作正常。其原因是樣機(jī)受到了傳導(dǎo)和輻射的復(fù)合干擾。主要的解決措施是濾波(電源線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)的濾波)及吸收(用鐵氧體磁芯來(lái)吸收)。特別是采用鐵氧體磁環(huán)吸收的方案，相比電源濾波器而言，其做法更加經(jīng)濟(jì)有效。
通過(guò)以上設(shè)計(jì)整改，樣機(jī)在福建省中心檢驗(yàn)所通過(guò)了抗擾度的4項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目，試驗(yàn)過(guò)程中樣機(jī)工作正常，電磁兼容性良好。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文基于對(duì)智能低壓電器中電磁兼容問(wèn)題的分析，提出了一些相應(yīng)的對(duì)策，并針對(duì)一種智能低壓接觸器的樣機(jī)進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)和整改，提高了其可靠性和穩(wěn)定性，也為同類(lèi)電器產(chǎn)品的電磁兼容優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考方案。
