1、正確使用濾波器阻塞電源擾動對裝置的干擾 提要：本文從電磁兼容新技術(shù)對電源濾波器在應(yīng)用中應(yīng)注意的安裝問題著手，反觀公司在裝置組屏中確實存在安裝方式不正確等影響電源濾波器實用效果問題，并指出電源模件易損壞和使用年限低與使用不當(dāng)有不可分關(guān)系，對此提出了在改進(jìn)安裝方式的前提下，采用雙極濾波的配置，以提高包括電源模件在內(nèi)的整套裝置的安全可靠性。尤其是對目前芯片缺陷因電源操作導(dǎo)致的裝置異常現(xiàn)象，通過正確的使用電源濾波器，彌補(bǔ)芯片的抗干擾性能差的不足。0 前言 電源濾波器是用于電子設(shè)備電源端口的低通濾波，通常具有衰減差模騷擾和衰減共模騷擾兩種的功能。差模衰減性能由濾波器的傳輸特性所決定，只要選擇得當(dāng)，通常比

2、較容易達(dá)到；共模衰減性能由濾波器的安裝方式和接入設(shè)備的方式有關(guān)，對此常常出問題。電源濾波器在變電站繼電保護(hù)控制設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，但存在配置選擇和安裝不當(dāng)影響其效能，并導(dǎo)致電源模件易受損壞使用壽命短的問題。如一套電子裝置的使用年限應(yīng)為10年，其中的部件要高于整組裝置的使用年限。然而因電源模件易損壞，被限制使用年限僅為4年，這不能說與電源濾波器效能差不無關(guān)系。能量大的干擾波在得不到濾波器的有效抑制時，直接入侵到電源模件，可導(dǎo)致電源模件的損壞；能量較小的干擾波在得不到濾波器的有效降緩時，雖不至于使電源模件損壞，但可通過電源輸出端口侵入其它插件形成干擾，影響裝置正常工作，甚至器件損害。近時期，公司使

3、用供貨商提供的新批次芯片生產(chǎn)的保護(hù)裝置CPU插件在調(diào)試中發(fā)生故障率高，且出現(xiàn)在直流電源操作之后。從而可見，除芯片自身有缺陷外，電源操作所產(chǎn)生的電磁騷擾也是一種觸發(fā)條件。如果在電源入口端裝設(shè)的濾波器是有效的，就能降低器件的故障率。不難看出，保證電源濾波器在配置選型、安裝接線方式上的正確性是確有必要。因此，對現(xiàn)行電源濾波器的合理配置和不正確安裝方式的改進(jìn)也就成為必需。就以上問題，提出本人如下的看法和建議，僅供領(lǐng)導(dǎo)參考。1 直流電源濾波器的選用電源濾波器的主要性能指標(biāo)是插入損耗，生產(chǎn)廠商所提供地參數(shù)是在50的源和負(fù)載阻抗的測試環(huán)境下獲得的，因為大多數(shù)射頻測試設(shè)備采用50的源、負(fù)載及電纜。用這種方法獲

4、得的濾波器性能參數(shù)是最優(yōu)化的，只有當(dāng)濾波器接入的源和負(fù)載的阻抗都是50，才能獲得如此好的效果。然而，變電站內(nèi)的電子設(shè)備的電源大多是±220V（110V）直流電源都并接有大容量蓄電池，其阻抗很小；連接到電子設(shè)備逆變電源模件的特征阻抗大約在150，當(dāng)整流器在電源波形的尖峰附近導(dǎo)通時，相當(dāng)于短路，而在其它時間，相當(dāng)于開路，電源與負(fù)荷之間的阻抗變化差異較大。目前國內(nèi)廣泛采用的單級電源線濾波器，其對源和負(fù)載的阻抗都很敏感。因為濾波器由電感和電容組成，也是一個諧振電路。當(dāng)濾波器工作在電源與負(fù)荷阻抗不匹配的條件下時，很容易因諧振產(chǎn)生增益，而不是衰減。這種增益通常出現(xiàn)在150kHz10MHz的頻率范

5、圍內(nèi)，幅度可以達(dá)到10 20dB。因此，在源與負(fù)載不匹配的保護(hù)裝置的電源輸入回路中使用這類濾波電路，對騷擾源未必能起到好的隔離效果，可能會適得其反。這使我們直接聯(lián)想到一個事實，在直流電源回路使用這種單極濾波器后，并未能使裝置的電源插件得到安全保障，使之成為易受損壞器件之一。如果選用兩級或多級濾波器,可以使接入點內(nèi)部保持在相對穩(wěn)定的阻抗上，因此對負(fù)載及源的阻抗依賴不是很大，可以獲得接近輸入輸出阻抗為50的標(biāo)稱指標(biāo)的性能。近年來，公司選用內(nèi)置濾波電路的直流電源插件后，較少再外接電源濾波器。從濾波電路的結(jié)構(gòu)來看，是屬于單極濾波器，仍存在上述問題。近期，公司生產(chǎn)的保護(hù)裝置采用供應(yīng)商提供的新批次的芯片后

6、，CPU插件故障率較高，對公司的產(chǎn)品質(zhì)量和用戶信譽(yù)產(chǎn)生不利影響。對此批芯片因缺陷產(chǎn)生的故障現(xiàn)象來看，大多都發(fā)生在電源操作和電源掉閘后。這是否可認(rèn)為，電源操作產(chǎn)生的電磁騷擾突顯了芯片的缺陷，在目前沒有更好的芯片更換的前提下，能否改進(jìn)電源濾波器的配置和安裝方式，降緩電源操作對芯片的干擾，以提高裝置的安全可靠性。比如，在內(nèi)置電源濾波電路的基礎(chǔ)上，另裝配一只電源濾波器，構(gòu)成兩極濾波，消除阻抗不匹配的影響，保持良好的傳輸特性。2 濾波器的安裝與接線共模干擾的衰減主要決定于濾波器的安裝方式和接入設(shè)備的接線方式，對此常出現(xiàn)問題。比如，在實際組屏裝配中，濾波器的安裝和接線存在3處不合理的地方，存在以下缺陷：l

7、 濾波器的金屬外殼是接地點，有屏蔽罩的作用，應(yīng)與接地的屏柜金屬結(jié)構(gòu)件良好接觸。但兩者間有油漆相隔，甚至有意加絕緣隔離；l 濾波器安裝在屏柜的上部，到屏柜底部的接地銅排的接地引線長達(dá)2米以上，對高頻騷擾電流入 地通路中接進(jìn)了高接地阻抗；l 輸出線與輸入連接線線沒有分開，有的還是緊緊的扎在一起，輸入端的高頻騷擾源通過線間電容耦合到輸出回路。由于以上不合理的選型和安裝，使濾波器的效能降低，甚至喪失，致使電源模塊成為裝置運(yùn)行中的易損件之一。要保證濾波器有較好地抑制共模干擾的能力，在裝配時需作以下改進(jìn)：l 將濾波器的金屬外殼和金屬結(jié)構(gòu)件良好接觸，而不是僅靠接地引線接地，可消除接地引線增加接地阻抗的影響；

8、l 將濾波器安裝在電纜進(jìn)入屏柜的入口處附近，避免了濾波器的輸入端的進(jìn)線電源電纜與屏柜內(nèi)的接線混雜在一起，可防止“臟線”（未經(jīng)濾波）通過線間電容將干擾耦合進(jìn)裝置；l 將濾波器的輸出線與輸入連接線分開，避免極間耦合干擾。3正確應(yīng)用濾波器彌補(bǔ)芯片缺陷的嘗試鑒于近期生產(chǎn)的保護(hù)裝置CPU插件因供貨商提供的新批次芯片有質(zhì)量問題，有的裝置在調(diào)試過程中因電源操作而使SRAM芯片已損壞，可認(rèn)為由電源騷擾所引發(fā)的干擾所至。為避免到現(xiàn)場出故障售后服務(wù)工作量大，公司庫存數(shù)百面保護(hù)柜盡量不發(fā)往工程現(xiàn)場，等待更換高質(zhì)量芯片。與其“坐等芯片”，不如主動尋求補(bǔ)救措施。既然與電源擾動有關(guān)，不妨在現(xiàn)有基礎(chǔ)上嘗試改進(jìn)電源濾波器，增

9、強(qiáng)裝置抗干擾能力，可通過對不同電源濾波器用法所得到的效果作對比試驗。從采用新批次芯片生產(chǎn)的故障率高的CPU插件組裝的裝置組屏中選2面具代表性的保護(hù)柜，一面保持原有接線方式；另一面柜按上節(jié)要求加裝一只電源濾波器，與裝置內(nèi)置濾波電路構(gòu)成兩級濾波。首先將加裝電源濾波器的柜加上直流電源，待裝置進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，再進(jìn)行反復(fù)多次直流電源斷電合閘操作（模擬裝置在調(diào)試中因電源操作出現(xiàn)故障現(xiàn)象），由于受到兩級濾波器的保護(hù)，裝置插件不會出現(xiàn)異常現(xiàn)象。然后將被試裝置中的CPU插件取出，插入另一面未加裝電源濾波器的屏柜的裝置中，再重復(fù)以上的直流電源斷電合閘操作。如果遇到了有缺陷的芯片，就會出現(xiàn)“自檢異常”告警，說明

10、加裝電源濾波器有效果；如果置將顯示正常，說明插件上的芯片是較好的芯片。為擴(kuò)大驗證效果，可更換新插件盡量多的重復(fù)上述試驗也無妨，因這種試驗不會對裝置帶來傷害。此試驗也可在其它試驗場所進(jìn)行。為可靠起見，最好在直流電源側(cè)裝設(shè)一個稍大些的感性負(fù)載（>2A）進(jìn)行通斷操作（模擬現(xiàn)場斷路器操作的電源騷擾），此電源騷擾對裝置產(chǎn)生的干擾如能承受，則該裝置可用于現(xiàn)場運(yùn)行。4 屏柜接線帶濾波器的交流耐壓試驗如果試驗證明正確地應(yīng)用電源濾波器可有效地提高裝置的抗干擾能力，如在以后的組屏中將濾波器外殼與屏柜直接連通。屏柜裝配完成后，要對屏內(nèi)接線進(jìn)行2000kV交流耐壓試驗，電源濾波器也是需要通過不低于2000kV交

11、流耐壓試驗的。因此，在進(jìn)行屏柜接線交流耐壓時，連帶濾波器一同耐壓也是必需的。在帶濾波器耐壓時，一定要重新設(shè)置耐壓試驗設(shè)備的跳閘電流值。現(xiàn)在不帶濾波器耐壓的跳閘電流設(shè)置為5mA；帶濾波器耐壓時，要考慮濾波器的對地電容電流值。如一般濾波器的共模濾波電容為2×5000pF，在2000kV工頻耐壓時的電容電流約為6.3mA。根據(jù)以前實測屏柜接線的對地電容約為5000 pF，由此產(chǎn)生的對地電流在3mA左右，因此，耐壓試驗設(shè)備的跳閘電流設(shè)定為5mA 顯然小于正常電流，需要提高一檔，最小也要設(shè)定到10mA檔級以上。否則，在5mA一檔帶濾波器耐壓時，由于電容電流大，可造成耐壓設(shè)備在無擊穿故障情形下跳

12、閘。5 小結(jié)（1） 電源濾波器要起到應(yīng)有的作用，必須選配和安裝方式正確。采用雙級濾波器，克服阻抗匹配的影響；改進(jìn)安裝方式，做到無引線接地，避免增大較高的附加接地阻抗；選擇合適的安裝位置，消除濾波器輸入、輸出級間耦合的影響。（2） 采用有缺陷的新批次芯片生產(chǎn)的裝置在調(diào)試中因電源操作而出現(xiàn)異常，與電源擾動產(chǎn)生電磁干擾有密切關(guān)系。要提高裝置的安全可靠性，保證裝置的正常運(yùn)行，可合理選用濾波器，且采用正確的安裝方式，阻塞電磁騷擾對裝置的干擾。（3） 將加裝濾波器的改進(jìn)屏柜與未經(jīng)改進(jìn)的原屏柜裝在同一電源（帶一定感性負(fù)荷），進(jìn)行多次電源開合操作，模擬電源擾動做抗干擾對比試驗，驗證改進(jìn)屏柜的實際效果。如試驗結(jié)果顯示改進(jìn)屏柜明顯比原有屏柜要好，就可推廣應(yīng)用。（4） 當(dāng)屏跪上裝有電源