1引言
通信開關(guān)電源因具有體積小,、重量輕、效率高,、工作可靠,、可遠(yuǎn)程監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn),而廣泛應(yīng)用于程控交換,、光數(shù)據(jù)傳輸,、無線基站、有線電視系統(tǒng)及ip網(wǎng)絡(luò)中,,是信息技術(shù)設(shè)備正常工作的動力核心,。
隨著信息技術(shù)的發(fā)展,信息技術(shù)設(shè)備遍布大江南北,,從發(fā)達(dá)的中心城市至偏遠(yuǎn)山區(qū),,為人與人之間的溝通交流及信息傳輸提供了極大的便利。由于城鄉(xiāng)間的差異,,通信設(shè)備的供電網(wǎng)既有穩(wěn)定的大電網(wǎng)供電方式,,也有獨(dú)立的小水電供電方式。在小水電站供電方式下,,因水量的變化,、用戶用電量的變化較大及發(fā)電設(shè)備工作的不穩(wěn)定,造成電網(wǎng)波形失真嚴(yán)重及電壓波動大,,同時因配電系統(tǒng)的接線不規(guī)范,,對通信用開關(guān)電源形成了嚴(yán)峻的考驗。
鐵路通信及電力通信正在發(fā)展壯大,。由于電力機(jī)車經(jīng)過之處,,產(chǎn)生很強(qiáng)的感應(yīng)電壓,使地線電壓產(chǎn)生很大的波動,,從而引起電網(wǎng)電壓的很大波動,,強(qiáng)大的電場容易引起開關(guān)電源設(shè)備工作的瞬時不穩(wěn)定。在高壓電網(wǎng)附近運(yùn)行的通信開關(guān)電源,,雖然電網(wǎng)電壓穩(wěn)定,,但容易受電網(wǎng)負(fù)載變化等引起的強(qiáng)電磁場的干擾影響,。
用于基站的通信開關(guān)電源,由于多安裝在較高的建筑物上或山頂,,更易受到雷電的襲擊,。
因此,,通信開關(guān)電源要有很強(qiáng)的抗電磁干擾能力,,特別是對雷擊、浪涌,、電網(wǎng)電壓波動的適應(yīng)能力,,而對靜電干擾、電場,、磁場及電磁波等也要有足夠的抗干擾能力,,保證自身能夠正常工作以及對通信設(shè)備供電的穩(wěn)定性?! ?br />
另一方面,,因通信開關(guān)電源內(nèi)部的功率開關(guān)管、整流或續(xù)流二極管及主功率變壓器,,是在高壓,、大電流及高頻開關(guān)的方式下工作,其電壓電流波形多為方波,。在高壓大電流的方波切換過程中,,將產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波電壓及電流。這些諧波電壓及電流一方面通過電源輸入線或開關(guān)電源的輸出線傳出,,對與通信電源在同一電網(wǎng)上供電的其它設(shè)備及電網(wǎng)產(chǎn)生干擾,,同時對由通信電源供電的設(shè)備如程控交換設(shè)備、無線基站,、光傳輸設(shè)備及有線電視設(shè)備等產(chǎn)生干擾,,使設(shè)備不能正常工作;另一方面嚴(yán)重的諧波電壓電流在開關(guān)電源內(nèi)部產(chǎn)生電磁干擾,,從而造成開關(guān)電源內(nèi)部工作的不穩(wěn)定,,使電源的性能降低。還有部分電磁場通過開關(guān)電源機(jī)殼的縫隙,,向周圍空間輻射,,與通過電源線、直流輸出線產(chǎn)生的輻射電磁場,,一起通過空間傳播的方式,,對其它高頻設(shè)備及對電磁場比較敏感的設(shè)備造成干擾,引起其它設(shè)備工作異常,。
因此,,對通信開關(guān)電源,,要限制由負(fù)載線、電源線產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾及由輻射傳播的電磁場干擾,,使處于同一電磁環(huán)境中的電信設(shè)備均能夠正常工作,,互不干擾?! ?br />
2國內(nèi)外電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)
電磁兼容性是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中的任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力,。
要徹底消除設(shè)備的電磁干擾及對外部一切電磁干擾信號不敏感是不可能的,。只能通過系統(tǒng)地制訂設(shè)備與設(shè)備之間的相互允許產(chǎn)生的電磁干擾大小及抵抗電磁干擾的能力的標(biāo)準(zhǔn),才能使電氣設(shè)備及系統(tǒng)間達(dá)到電磁兼容性的要求,。國內(nèi)外大量的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn),,為系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備相互達(dá)到電磁兼容性制訂了約束條件?! ?br />
國際無線電干擾特別委員會(cispr)是國際電工委員會(iec)下屬的一個電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化組織,,早在1934年就開展emc標(biāo)準(zhǔn)的研究,下設(shè)六個分會,。其中第六分會(scc)主要負(fù)責(zé)制訂關(guān)于干擾測量接收機(jī)及測量方法的標(biāo)準(zhǔn),。cispr16《無線電干擾和抗擾度測量設(shè)備規(guī)范》對電磁兼容性測量接收機(jī)、輔助設(shè)備的性能以及校準(zhǔn)方法給出了詳細(xì)的要求,。cispr17《無線電干擾濾波器及抑制元件的抑制特性測量》制訂了濾波器的測量方法,。cispr22《信息技術(shù)設(shè)備的無線電干擾限值和測量方法》規(guī)定了信息技術(shù)設(shè)備在0.15~1000mhz頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生的電磁干擾限值。cispr24《信息技術(shù)設(shè)備抗擾度限值和測量方法》規(guī)定了信息技術(shù)設(shè)備對外部干擾信號的時域及頻域的抗干擾性能要求,。其中cispr16,、cispr22及cispr24構(gòu)成了信息技術(shù)設(shè)備包括通信開關(guān)電源設(shè)備的電磁兼容性測試內(nèi)容及測試方法要求,是目前通信開關(guān)電源電磁兼容性設(shè)計的最基本要求,?! ?br />
iec最近也出版了大量的基礎(chǔ)性電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn),其中最有代表性的是iec61000系列標(biāo)準(zhǔn),。它規(guī)定電子電氣設(shè)備的雷擊,、浪涌(surge)、靜電放電(esd),、電快速瞬變脈沖群(eft),、電流諧波、電壓跌落,、電壓瞬變及短時中斷,、電壓起伏和閃爍、輻射電磁場,、由射頻電磁場引起的傳導(dǎo)干擾抗擾度,、傳導(dǎo)干擾及輻射干擾等的電磁兼容性要求,。
另外,,美國聯(lián)邦委員會制訂的fcc15,、德國電氣工程師協(xié)會制訂的vde08712a1、vde08712a2,、vde0878,,都對通信設(shè)備的電磁兼容性提出了要求?! ?br />
我國對電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)的研究比較晚,。采取的最主要的辦法是引進(jìn)、消化,、吸收,,洋為中用是國內(nèi)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)制訂的最主要方法。1998年,,信息產(chǎn)業(yè)部根據(jù)cispr22,、iec61000系列標(biāo)準(zhǔn)及ituto.41標(biāo)準(zhǔn),制訂了yd/t9831998《通信電源設(shè)備電磁兼容性限值及測量方法》,,詳盡規(guī)定了通信電源設(shè)備包括通信開關(guān)電源的電磁兼容性的具體測試項目,、要求及測試方法,為通信電源電磁兼容性的檢驗,、達(dá)標(biāo)并通過入網(wǎng)檢測明確了設(shè)計目標(biāo),。
國標(biāo)也等同采用了相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn),。如gb/t17626.1~12系列標(biāo)準(zhǔn)等同采用了iec61000系列標(biāo)準(zhǔn),;gb92541998《信息技術(shù)設(shè)備的無線電干擾限值及測量方法》等同采用cispr22;gb/t176181998《信息技術(shù)設(shè)備抗擾度限值和測量方法》等同采用cispr24,。
3開關(guān)電源的電磁兼容性問題
通信開關(guān)電源因工作在高電壓大電流的開關(guān)狀態(tài)下,,其引起的電磁兼容性問題是相當(dāng)復(fù)雜的。從整機(jī)的電磁兼容性講,,主要有共阻抗耦合,、線間耦合、電場耦合,、磁場耦合和電磁波耦合幾種,。電磁兼容產(chǎn)生的三個要素為:干擾源、傳播途徑及受干擾體,。共阻抗耦合主要是干擾源與受干擾體在電氣上存在共同阻抗,,通過該阻抗使干擾信號進(jìn)入受干擾對象。線間耦合主要是產(chǎn)生干擾電壓及干擾電流的導(dǎo)線或pcb線,因并行布線而產(chǎn)生的相互耦合,。電場耦合主要是由于電位差的存在,,產(chǎn)生的感應(yīng)電場對受干擾體產(chǎn)生的耦合。磁場耦合主要是大電流的脈沖電源線附近產(chǎn)生的低頻磁場對干擾對象產(chǎn)生的耦合,。而電磁波耦合,,主要是由于脈動的電壓或電流產(chǎn)生的高頻電磁波,通過空間向外輻射,,對相應(yīng)的受干擾體產(chǎn)生的耦合,。實(shí)際上,每一種耦合方式是不能嚴(yán)格區(qū)分的,,只是側(cè)重點(diǎn)不同而已,。
在開關(guān)電源中,,主功率開關(guān)管在很高的電壓下,,以高頻開關(guān)方式工作,開關(guān)電壓及開關(guān)電流均為方波,,該方波所含的高次諧波的頻譜可達(dá)方波頻率的1000次以上。同時,,由于電源變壓器的漏電感及分布電容,,以及主功率開關(guān)器件的工作狀態(tài)并非理想,在高頻開或關(guān)時,,常常產(chǎn)生高頻高壓的尖峰諧波振蕩,,該諧波振蕩產(chǎn)生的高次諧波,通過開關(guān)管與散熱器間的分布電容傳入內(nèi)部電路或通過散熱器及變壓器向空間輻射,。用于整流及續(xù)流的開關(guān)二極管,,也是產(chǎn)生高頻干擾的一個重要原因。因整流及續(xù)流二極管工作在高頻開關(guān)狀態(tài),,由于二極管的引線寄生電感,、結(jié)電容的存在以及反向恢復(fù)電流的影響,使之工作在很高的電壓及電流變化率下,,而產(chǎn)生高頻振蕩,。因整流及續(xù)流二極管一般離電源輸出線較近,其產(chǎn)生的高頻干擾最容易通過直流輸出線傳出,?! ?br />
通信開關(guān)電源為了提高功率因數(shù),均采用了有源功率因數(shù)校正電路,。同時,,為了提高電路的效率及可靠性,減小功率器件的電應(yīng)力,大量采用了軟開關(guān)技術(shù),。其中零電壓,、零電流或零電壓零電流開關(guān)技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。該技術(shù)極大地降低了開關(guān)器件所產(chǎn)生的電磁干擾,。但是,,軟開關(guān)無損吸收電路多利用l、c進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移,,利用二極管的單向?qū)щ娦阅軐?shí)現(xiàn)能量的單向轉(zhuǎn)換,,因而,該諧振電路中的二極管成為電磁干擾的一大干擾源,?!?br />