某型消磁电源电磁兼容性分析与改进

2015-01-04余锡斌魏文新

船电技术 2015年4期

余锡斌,魏文新

(海军驻桂林地区军事代表室，广西桂林541002)

0 引言

模块化消磁电源作为新型的消磁绕组电流供电系统，与传统的电机扩大机供电系统比较，有动态特性好，体积小、安静、高效等优点，是目前消磁电流供电设备的发展趋势。但前期研制生产的消磁电源，在电磁兼容CE101、RE101、RE102等项目的指标测试中容易超差，造成设备电磁兼容性试验难以通过情况。本文通过对这些不满足项目进行分析，寻找出有效的整改措施。

1 电磁兼容CE101项目设计

消磁电源的传导干扰是通过电源线向外传播的电磁干扰。前期研制的消磁电源，谐波抑制器独立于电源模块，电源输入级电路中没有功率因数校正（PFC）功能。由于整流二极管的非线性和滤波电容的储能作用，使得输入电流容易成为一个时间短、峰值很高的周期性尖峰电流，这就是输入电流波形发生畸变形成干扰。CE101（电源线传导发射）测试时以谐波失真与基波电流之比为判定依据，要解决这个问题，就得降低输入电流波形畸变，减少电流谐波含量；另外就是要减少输出信号与输入信号的绝对误差。

对此，我们主要采用在原理线路上整合PFC电路（如图1）的改进措施来实现谐波抑制功能，即利用单周期积分控制原理，消除电源线的谐波电流，并对交流电源整流。在改进过程中，二极管的反向恢复成了影响应用的根本障碍。由于二极管存在反向恢复时间，且电感是工作在电流连续的状态，这样产生了很大的尖峰干扰，导致控制电路无法正常工作，开关管流过很大的尖峰电流，发热严重，无法达到预期使用。经过比较和试验筛选，我们在电路中增加一个辅助开关和相关谐振元件，利用辅助开关提前于主开关导通，将主开关等效电容储存的能量和二极管反向恢复的能量转移到谐振元件，在主开关期间向负载释放，同时解决了二极管反向恢复问题和主开关的零电压开通问题。

一般情况下，PFC电路的设计参数必须保证最大输出功率时满足要求，一旦参数确定，作为一个闭环的系统，输出信号（这里是三相电源的电流）与输入信号（三相电源电压和输出电流、电压）的绝对误差也就基本确定。这在实际上表现为电源电流始终有一定限度的总的电流谐波失真，一般为额定功率时的 2%。在这种状况下，完全能达到EMC测试中的要求。

考虑设备实际工作过程，大多数时间并不处于在额定功率状态而是在额定功率以下工作，虽然总谐波失真的大小基本不变，但是可能造成额定功率以下工作时无法通过CE101测试要求。通过使用精度和线性度更高的霍尔电流传感器替代了原来的交流互感器，保证取样精度满足要求，减少绝对误差；同时进一步优化滤波电感参数。通过电磁兼容试验验证，电源模块在满功率及半功率工作时，均能达到CE101的要求。

2 电磁兼容辐射项目（RE101、RE102）工艺设计

消磁电源由于工作在大电流、高电压的条件下，其能量以电磁场的形式向四周传播，形成了辐射噪声干扰。我们通过分析，认为消磁电源工作过程开关器件开通和关断会产生浪涌电流和尖峰电压，这是产生电磁幅射的主要原因。而RE101（磁场幅射发射）、RE102（电场幅射发射）的考核是在设备一定距离内测量其辐射噪声的强度，这种辐射强度随距离的变远而迅速衰减，所以解决的办法主要是降低辐射噪声的强度。实际操作过程我们采取以下两种措施：

1）降低辐射源

设计开机防浪涌电路，图2是4R1～4R 3为限流电阻，限制开机瞬间的最大电流，4KM1为接触器，开机后，通过限流电阻给电容充电，辅助电源启动，然后驱动接触器接合，进入正常供电状态。

改进电源模块输入、输出滤波电路参数，如图3所示1L1、1L2和1C7～1C9组成共模滤波电路，滤除电源线上的共模干扰。使用缓冲电路吸收开关管或高频变压器初级线圈两端的尖峰电压也能有效地改善电磁兼容特性。

为了降低输出端的干扰，输出也接入共模滤波电路（图4）。

2）阻断辐射途径

图2 开机防浪涌电路

图3 共模滤波电路

图4 输出共模滤波电路

抑制辐射噪声的另一有效方法就是屏蔽。电源模块壳盖结合部，采用导电性能良好的导电泡棉进行屏蔽，风道采用波导管进行屏蔽。为了防止变压器的磁场泄露，采用初-次-初耦合良好的绕线工艺。开关电源的连接线，电源线都应该使用具有屏蔽层的导线，尽量防止外部干扰耦合到电路中。使用磁环等 EMC元件，滤除电源及信号线的高频干扰。通过上述措施保证开关电源既不受外部电磁环境的干扰也不会对外部电子设备产生干扰。