共模干扰实例分析与抑制方法

孙洪洁

摘要：以DMIS系统无线车次号信息上传时出现误码、丢包的实例，对共模干扰的形成及抑制方法做了分析说明。

关键词：共模干扰;地环路;光电耦合器

中图分类号：TN972 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）06-0078-02

0 引言

京哈线龙家营车站DMIS系统无线车次号信息上传中，北京铁路局会调中心：终端收不到上传的机车车次号信息，上传数据频繁出现误码、丢包现象，导致铁路运输指挥信息不畅。

经综合分析、反复论证，认为：所联接的设备间地电位有压差，产生了共模干扰。共模干扰造成上传数据频繁出现误码、丢包现象。

1 共模干扰及其危害

1.1 共模干扰

由陈伟华主编的《电磁兼容实用手册》中对“共模”干扰的定义是：指电源线对大地，或中线对大地之间的电位差。对于三相电路来说，共模干扰存在于任何一相与大地之间。共模干扰有时也称为纵模干扰，不对称干扰或接地干扰，这是载流导体与大地之间的电位差。

1.2 共模干扰的危害

共模干扰往往造成电子设备之间数据传输误码、丢包、工作异常、计算机运行错误、自控设备误动作等，直接影响到整个系统的可靠性和对稳定性，甚至危及人身安全。

2 地环路中产生的共模干扰

共模干扰主要可以分为两种：一种是侵入设备的共模干扰，另一种是从设备内部辐射出来的共模干扰。侵入设备的共模干扰主要由地环路引起。

3 抑制共模干扰的方法

电磁干扰抑制技术主要在以下几方面考虑：（1）抑制干扰源，消除干扰产生的条件、因素;（2）消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射;（3）提高受扰设备的抗干扰能力。

为此，抑制共模干扰常用的方法有：屏蔽、接地、隔离和滤波。

3.1 断开设备间地环路

共模干扰产生的根本原因就是：设备间存在地电位差，从而形成了共模电流，导致产生干扰。如切断设备之间地连接，就消除了产生土壤，共模干扰就不能够形成。为此可知：直接、有效的方法是将设备之间的地环路断开。

3.2 信号隔离器及光电耦合器

信号隔离器工作原理：首先将信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号或不同信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。

通过信号隔离器使输出信号与系统完全隔离，是当今自动化控制系统中抗干扰的有效措施之一。

光电耦合器：是以光为媒介的电→光→电信号转换传输，将输入、输出侧电路进行有效的电气上的隔离。完全切断了设备电路之间的地环路;有较好的抗干扰效果;光电耦合器输出侧电路能避免强电压的引入和冲击。

在设备电路1与设备电路2之间插入光电耦合器，如图1示。

光电耦合器的主要性能特点如下：

光信号单向传输，输出信号对输入端无反馈。通过光电耦合器实现信号的隔离传输，能很好地抑制干扰。

从应用看，其电流传输比耦合效率大、绝缘电压高、线性度好、高速大容量，还便于现场安装。

4 共模干扰在铁路设备上的实例分析

4.1 DMIS系统无线车次号数据上传时出现误码、丢包

京哈线龙家营车站DMIS系统无线车次号信息上传调试中，北京路局会调中心：终端收不到上传的机车车次号信息，上传数据频繁出现误码、丢包现象。

4.2 问题现象概述

设备现场检查发现：

（1）在DMIS系统无线车次号数据上传设备、信号调度监督设备接口前端模拟测试时正常;而各部设备联接后，却会不定时的出现：会调中心收不到上传信息的问题。使用模拟机车编码器发送试验，现象依然。（2）DMIS系统地面接收设备数据输出接口芯片MAX491易损坏。（3）测试DMIS系统地面接收机输出端口电压在正常范围内;在甩开信号调度监督设备，用监测仪在输出端口处监测，数据正常。（4）信号机械室TDCS的2M通道测试良好，且其传输的其它系统设备数据均正常。再测试DMIS系统无线车次号设备至信号机械室缆线绝缘良好、环阻在正常范围内。

4.3 原因分析

现场反复综合分析、试验，确认：

（1）DMIS系统无线车次号设备采用负极接地，TDCS的传输系统接入网设备采用正极接地。两系统设备接地不同而存在地电位差，因此产生共模干扰，导致无线车次号数据上传出现误码、丢包，会调中心不能正常接收数据。（2）DMIS系统无线车次号设备传输缆线未经隔离，直连至信号调度监督的设备端子，共模干扰灌入电压超过其接口芯片保护电路所能承受电压，出现接口端MAX491芯片易损坏现象。

4.4 解决方案

（1）数据传输异常系两系统设备接地方式不同引起，故采用最直接、有效抑制共模干扰的方法：切断地环路。（2）在DMIS系统无线车次号设备数据输出口加装：光电耦合器，如图2所示。这样，就彻底切断不同接地方式设备间的地环路，抑制共模干扰产生。

因DMIS系统无线车次号设备负极接地与传输系统接入网设备正极接地方式不同，而产生共模干扰。在设备数据输出接口加装光电耦合器后，切断了两系统设备间地环路，有效抑制了干扰的产生。大大提高了接口的抗干扰能力，确保了数据传输的稳定性，彻底解决了通信接口易损坏的问题。经多年现场运用，设备传输稳定、可靠。

5 结语

共模干扰可使数据传输误码、丢包、工作异常、计算机运行错误、自控设備误动作等，甚至危及人身安全。

在设备研发阶段就应考虑电磁兼容问题，采取相应的抗干扰技术来滤除和抑制电磁干扰;在维护工作中要充分认识到各设备单元电气联接后可能出现的电磁干扰，如不注意一些细节的处理，常常出现工作异常甚至设备损坏等百思不得其解的问题。

电磁干扰难以彻底消除，只能采取抑制措施，提高设备运行的稳定性、可靠性。

Common Mode Interference Example Analysis and Suppression Method

SUN Hong-jie

（China Railway Beijing Branch Group Corporation Beijing Science and Technology Research Institute，Beijing  100860）

Abstract：An example of error and packet loss occurs when the DMIS system wireless car number information is uploaded，and the formation and suppression methods of common mode interference are analyzed.

Key words：Common mode interference;Ground loop;photoelectric coupler