1 前言

　　電力行業(yè)常用的監(jiān)控儀表與傳統(tǒng)的電參量變送器相比，逐步向智能化、集成化、多功能化方向發(fā)展，并且在電磁兼容性能上也有很高的要求(EMS和EMI試驗(yàn)均有相關(guān)要求)。設(shè)計(jì)者如何選擇適當(dāng)?shù)腅MC設(shè)計(jì)方案，對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成敗起到?jīng)Q定性作用。本文就如何進(jìn)行電力監(jiān)控儀表的電磁兼容設(shè)計(jì)進(jìn)行了綜合闡述。

　　 2 標(biāo)準(zhǔn)解讀

　　 2.1 判定標(biāo)準(zhǔn)

　　結(jié)合重工業(yè)產(chǎn)品通用標(biāo)準(zhǔn)，電力監(jiān)控用電力儀表需要滿足的EMS、EMI項(xiàng)目及評判等級見圖1。

　　2.2 標(biāo)準(zhǔn)解讀

　　干擾通常分為持續(xù)干擾和瞬態(tài)干擾兩類。如廣播電臺、手機(jī)信號、步話機(jī)等屬于持續(xù)干擾。由于開關(guān)切換，電機(jī)制動(dòng)等造成電網(wǎng)的波動(dòng)，此類干擾我們稱為瞬態(tài)干擾。圖1中瞬態(tài)干擾包含：浪涌SURGE，靜電ESD，電快速脈沖群EFT/B，電壓暫降、短時(shí)中斷和電壓變化DIPS；持續(xù)干擾包含：傳導(dǎo)敏感度CS，輻射敏感度RS。

　　評判等級A所述的“性能不降低”，即干擾施加后，硬件無損害，干擾施加過程中無死機(jī)、復(fù)位、數(shù)據(jù)掉幀或誤碼率較高等問題，好像無干擾施加到產(chǎn)品一樣。通常持續(xù)性的干擾的評判等級均采用此評判等級。瞬態(tài)干擾為偶然性發(fā)生，且引起的電網(wǎng)干擾時(shí)間不長，故暫時(shí)性能降低，也就是評判等級B。

　　2.3 EMS試驗(yàn)項(xiàng)目及干擾實(shí)質(zhì)分析

　　(1)浪涌SURGE：波形1.2/50μs、8/20μs，是一種脈沖寬度為幾十個(gè)μs的脈沖，是一種傳導(dǎo)性干擾，因其脈沖攜帶較強(qiáng)能量，故需要對所有功能端口做相應(yīng)程度的防護(hù)，否則會引起內(nèi)部電路元件的性硬損傷。

　　(2)靜電EMD：波形上升沿為0.7-1ns，是一種脈沖寬度為幾十個(gè)ns的脈沖，因其峰值電壓范圍在數(shù)千至上萬伏，故脈沖也具有一定的能量，須在端口做防護(hù)。由于其上升沿很陡，故其攜帶的高頻諧波很豐富，可達(dá)500MHz，所以靜電在儀表所有裸露的金屬部件（包含端子，螺釘?shù)龋┻M(jìn)行接觸放電或孔縫（包含LED指示燈的開孔，各種散熱和觀察孔）時(shí)，或分別對水平耦合板和垂直耦合板間接放電時(shí)，均會在放電點(diǎn)瞬時(shí)形成一個(gè)高頻電場，通過空間對電路進(jìn)行干擾，這種干擾是共模干擾。因此，靜電設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意端口保護(hù)和空間高頻輻射場兩方面內(nèi)容。

　　(3)電快速脈沖群EFT/B：波形上升沿為5ns，波形為數(shù)個(gè)周期脈沖串的組合，能量很低。干擾的性質(zhì)和靜電一樣是共模，干擾路徑既包括傳導(dǎo)也包含輻射。

　　(4)傳導(dǎo)敏感度CS：共模干擾，干擾頻段從150KHz到80MHz。在進(jìn)行項(xiàng)目試驗(yàn)時(shí)，其干擾信號源至儀表的線纜長度與干擾頻段（30MHz）對應(yīng)的波長λ的1/4比擬，故在施加干擾電壓的調(diào)制頻率超過30MHz時(shí)，因趨膚效應(yīng)，干擾信號主要以空間輻射方式出現(xiàn)（低于30MHz時(shí)，主要還是以傳導(dǎo)方式干擾）。

　　(5)輻射敏感度RS：共模干擾，干擾頻段從80MHz到1GHz。需注意，外拖的線纜充當(dāng)接收天線，干擾為電磁場的遠(yuǎn)場。

　　2.4 EMI試驗(yàn)項(xiàng)目及干擾實(shí)質(zhì)分析

　　EMI試驗(yàn)包含傳導(dǎo)發(fā)射CE和輻射發(fā)射RE。CE考察的頻段為150KHz~30MHz，RE考察的頻段為MHz~1GHz，通常按A類設(shè)備要求。對電力儀表而言，主要考察其內(nèi)部電源（通常為開關(guān)電源）、晶振(包括有源晶振和無源晶振)等主要騷擾源通過天線(由外拖線纜充當(dāng))形成的傳導(dǎo)和輻射，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意對上述騷擾源的處理。

　　3 電磁兼容設(shè)計(jì)方法

　　3.1 電磁兼容設(shè)計(jì)的基本思路

　　出現(xiàn)EMC問題，必須有干擾源，耦合路徑及敏感設(shè)備三要素，缺少任何一個(gè)環(huán)節(jié)，均不能構(gòu)成EMC問題。因此，針對EMC問題，其設(shè)計(jì)就是針對三要素中的一個(gè)或幾個(gè)采取技術(shù)措施，限制或消除其影響，基本思路可分為“堵”和“疏”兩類�！岸隆本褪峭ㄟ^增加共模濾波器，采用光耦等隔離或線纜套磁環(huán)等方式增加共模阻抗Z；“疏”就是通過電容形成高頻通路，將共模干擾引入阻抗更低的地(PE)或金屬殼。一個(gè)EMC設(shè)計(jì)往往可以通過既“堵”又“疏”的方式，在成本增加不大的情況下，可獲得較好的EMC性能。

　　3.2 EMC解決手段

　　屏蔽、接地和濾波是EMC解決的三種手段。在下文中將詳細(xì)說明。

　　4 原理圖級設(shè)計(jì)

　　在確定儀表需要滿足的電磁兼容項(xiàng)目及試驗(yàn)等級后，在原理圖設(shè)計(jì)時(shí)就有必要對相關(guān)試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)，大程度降低電磁兼容風(fēng)險(xiǎn)和節(jié)省項(xiàng)目開發(fā)時(shí)間。

　　4.1 端口設(shè)計(jì)

　　儀表的端口包括電源端口及信號端口，在EMC測試項(xiàng)目中針對端口的試驗(yàn)包括浪涌SURGE，靜電ESD，電快速脈沖群EFT/B，傳導(dǎo)敏感度CS，傳導(dǎo)發(fā)射CE，電壓暫降、短時(shí)中斷和電壓變化DIPS。因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循先進(jìn)行浪涌防護(hù)后進(jìn)行隔離/共模濾波的順序進(jìn)行。