通信电源设备电磁兼容问题

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1　概　述
通信局站电源系统由交流供电系统、直流供电系统和相应的接地系统组成。交流基础电源含柴油发电机、交流配电屏、UPS等,直流基础电源含高频开关整流器、直流配电屏、蓄电池等。通信用空调设备等均有独立的设备房分室放置,采用集中供电的方式电气相联。总体来说,现行机房的电磁环境能有效地保障通
信设备的可靠运行。但是,由通信电源系统本身引发的电磁兼容问题不容忽视,使得电信网络的安全运营存在较大的安全隐患。
为保证通信设备稳定可靠工作,国内外通信电源研发和制造者作出了积极努力,各种新型通信电源不断涌现,且趋向智能化、小型化、低功耗、高效率、长寿
命,以满足通信和信息产业发展的需要。
随着民用电子工业、信息产业的迅猛发展,为适应国际市场要求,20世纪90年代我国民用电磁兼容检测机构应运而生。到目前已基本建立了能适应国内外
需求,满足不同行业技术标准要求的检测手段,为提高我国通信电子产品电磁兼容性能奠定了良好基础。通信电源作为通信电子产品的重要分支,其电磁兼容性
能已引起国内外同行广泛关注,我国也制定了相应的技术标准。
1.1　我国现行的通信电源电磁兼容标准
我国通信电源执行的电磁兼容标准基本参照了IEC61000系列、EN55022、CISPR-22等国际和欧洲标准。具体标准见表1。
1.2　通信电源设备电磁兼容常见问题
1.2.1　输入端传导骚扰电压超标
问题:开关电源或UPS电源常出现电压输入端传导骚扰电压过大,达不到标准限值要求。
诊断与处理:其原因通常是电源输入端未加EMI滤波器,或滤波器性能不良,滤波频段选择不适当以及电路布线不合理,分布参数产生影响等导致传导骚扰电压过大。若合理选择品质优良的滤波器、陷波器以及精心布线,会显著抑制电源输入端的骚扰电压。但应特别注意所选元器件的指标,尤其电感和电容器的
过流、耐压、绝缘性能,以避免降低电源输出功率、绝缘耐压性能。
1.2.2　开关电源辐射骚扰超标
问题:开关电源辐射骚扰场强超过限值。
诊断与处理:通常是整流模块内部高频开关部件,如高频变压器、控制器、晶振等屏蔽不良引起空间辐射。此外,机箱设计不合理,缝隙大、接触导电不良,散

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热孔与电磁波辐射波长相比过宽过大都会降低电源屏蔽性能。现代通信电源均采用微机控制,实现电源自动管理和遥控、遥信、遥测等功能。但微机控制器引起
的辐射骚扰不容忽视,应加以取舍或采取相应措施。
对于UPS电源输出电压端通常也应加装滤波器和铁氧体磁环,以抑制输出电压端的射频干扰。
1.2.3　抗扰度性能不达标
问题:抗扰度性能不达标。

诊断与处理:对不同的电源/信号端口,适用不同的抗扰度测试方法。常见的抗扰性测试:辐射电磁场抗扰性、射频场感应的传导骚扰抗扰性、静电放电、浪
涌冲击、电快速瞬变脉冲群、电压暂降、电压波动和闪烁等。通信电源应采取相应措施抑制干扰。
(1)静电放电抗扰度问题:静电放电的发生是因为设备表面与电路板中静电敏感的元器件出现放电现象,元器件的抗力不足以承受放电冲击,进而导致设备
工作不正常。常用的处理方法有:
a.去除或更换设备表面的导体材料;
b.用绝缘材料保护静电敏感的元器件;
c.更换静电敏感的元器件;
d.更改电路板走线,尽量避开易出现放电的位置。
(2)浪涌冲击问题:浪涌电压来自于雷击或线路浪涌。浪涌发生时,由于其二次感应效应即透过电阻性或电感性而破坏设备。造成破坏是因为它在电源线、信号线或数据线上产生了瞬变(毫秒至微秒级)脉冲过电压,这种瞬变脉冲过电压的峰值远远高于一般设备所能承受的700V水平。常见的处理方法有:
a.设备机箱有良好的屏蔽;
b.采用共地的接地措施;
c.使用内置式的电源浪涌保护器,该保护器要求的限制电压应小于1 000V,以达到完全消除微小瞬态过电压的目的;
(3)电快速瞬变脉冲群抗扰度问题:应弄清楚设
备的那些端口在那种电压下不能通过试验,在试验期间和试验后设备发生的不正常状态是什么。一般来说,是因为对该端口进行试验时,大电压大电流冲击设
备内部的电子电路,导致元器件工作不正常或损坏。
常见的处理方法有:
a.减小PCB接地线公共阻抗,正确使用接地技术;
b.在端口内的电路中增加瞬态干扰抑制网络;
c.使用EFT滤波器或吸收器;
d.将骚扰源远离敏感电路。
2　通信电源设备EMC问题实例分析
为便于问题的诊断与处理,选取某厂家生产的一款通信用高频开关电源模块进行实验室测试与分析。
开关电源的组成框图见图1。

2.1　EM I问题的诊断与处理
EMI是指开关电源模块对外发出的干扰,包括:传导骚扰、辐射骚扰。技术要求及限值见表2。
测试结果见图2:电源端口(L-线)传导骚扰及图
3:辐射骚扰。
对该模块传导骚扰、辐射骚扰的检验结果进行分析,我们发现电源端口(L-线)传导骚扰严重超出了B类设备的限值要求;辐射骚扰符合限值要求。
分析诊断如下:传导骚扰超出限值要求部分位于低频段(频率范围150kHz~500kHz ),初步判断为低频段差模传导骚扰。

(1)差模骚扰的产生主要是由于开关管工作在开关状态,当开关管开通时,流过电源线的电流线性上升;开关管关断时电流突变为零,因此,流过电源线的
电流为高频的三角脉动电流,含有丰富的高频谐波分量,随着频率的升高,该谐波分量的幅值越来越小,因此差模骚扰随频率的升高而降低。
(2)开关电源工作时,产生了非常高的di/dt和du/dt。所产生的浪涌电流和尖峰电压形成了强烈的干扰源。工频整流滤波使用大容量电容充、放电,副边
整流电路的高速恢复二极管处于高频通断状态,由高频变压器次级线圈、整流二极管和滤波电容构成了差模电流环路,也构成传导骚扰。
处理措施:
(1)采用电源线EMI滤波器
电源线EMI滤波器实际上是一种低通滤波器,它毫无衰减地把直流、50Hz的低频电源功率传送到设