浅谈电快速瞬变脉冲群干扰的综合抑制

王丁

摘要：在常规用电设备的设计以及使用过程中，电快速瞬变脉冲群是电磁干扰中一种重要的瞬态干扰源，严重影响了电子设备的正常使用。由于当前电气设备的自动化水平不断提高，电气设备所处的电磁环境也越来越复杂，对其所能承受的电磁干扰的能力提出了更高要求。本文针对电快速瞬变脉冲群干扰的主要特征，提出了抑制电快速瞬变脉冲群的改进方法和相关技巧，为之后的电气设备设计人员或者使用人员提供一定的参考依据。

关键词：电快速瞬变脉冲群;抗扰度;综合抑制

1、引言

随着当前电气及电子设备的精密程度和自动化智能技术的水平越来越高，设备的集成程度和功能应用也呈日益强大趋势，但同时也面临着越趋脆弱和敏感的风险。电气及电子设备在电力系统的常态运行环境中，以所受到的电磁干扰的影响最大，所以需要提高设备的抗各种瞬态脉冲干扰的能力。经典的电磁干扰试验中，电快速瞬变脉冲群由于本身频率高、频谱宽且持续时间相对较短的特点，经常性的造成电气或电子设备的复位、死机、误动作、屏幕闪烁、通讯中断、按键失灵等各种现象，所以对电力系统中电气或电子设备造成的危害和影响最大、隐患最高。因此如何对电快速瞬脉冲群造成的干扰进行有效的抑制成了当前研究的重点。本文从电快速瞬脉冲群干扰产生的相关机理、特点以及相关标准的角度出发，提出一些切实可行的综合抑制和降低电快速瞬脉冲群干扰的方法。

2、电快速瞬变脉冲群

2.1简要概述

电快速瞬变脉冲群一般在电路中一些开关切换的瞬态过程中产生，例如继电器的触点发生弹跳，断开感性负载的时候等，而在此过程中产生的电快速瞬干扰脉冲群，一般具有重复的频率较高、脉冲都是成群出现、单脉冲能量较低、脉冲上升速率快等特点[1]。另外，这种干扰脉冲在不同的应用环境中，脉冲强度和时域也呈现出不同的趋势，从而也在一定程度上造成了对不同电气或电子设备影响的差异性。

为了对电气和电子设备对受到的脉冲群干扰时的承受能力进行系统和准确的评估，国家标准化管理委员会制定了GBT17626.4-2018中对设备电源端口，控制端口、信号端口和接地端口进行电快速瞬变试验时应该优先采用的试验等级都有详细的规定（见表1），具体检测时需要按照实际等级及厂家要求进行。

另外，图1是标准规定的脉冲群波形概略图;图2是信号发生器的有效阻抗在50Ω时的单个脉冲波形的示意图，具体的一些参数如下：

（1）单个脉冲的上升时间：5（误差1±30%）ns;

（2）单个脉冲的持续时间：50（误差1±30%）ns（50%值）;

（3）脉冲的重复频率：5kHz;100kHz;

（4）脉冲群的持续时间：5kHz时，15（误差1±20%）ms;100kHz时，0.75（误差1±20%）ms;

（5） 脉冲群的重复周期：300（误差1±20%）ms。

2.2 电快速瞬变脉冲群的基本特征

电快速瞬变脉冲群由于是瞬态过程，而且刚开始时，由于开关或触点的间隙较小，产生的脉冲电压呈现出幅值较低，频率较高的特点;但随着开关或触点之间缝隙的变大，产生的脉冲又再次呈现电压幅值变大，频率降低的现象，这种现象会保持到不再产生电弧重燃为止[2]。

在一些试验的实际检测数据中，当脉冲频率在10KHZ至1MHZ范围之内时，脉冲的电压幅值有时候能够达到高压5kV，而电快速瞬变脉冲群抗扰度试验就是为了模拟上述产生的这种暂态干扰。在GB/T17626.4-2008标准中，电快速瞬变脉冲进行了如下定义，详见公式1，

3综合抑制方案

目前，电快速瞬变脉冲群的综合抑制的方案有很多，例如滤波器设计，过电压抑制器件设计，RC保护设计以及分布式电源的设计方案等都能达到一定的抑制电快速瞬变脉冲群的预期效果，使用时可以根据实际情况择优选取，以下将对上述四种方案进行简要分析。

3.1滤波器设计

滤波器若在设计时处于接地良好，布线合理，杂散电容充分减少的情况下，是可以实现良好的抑制效果的。但是基于电快速瞬变脉冲群干扰信号具有频带宽的特性，因此常见普通的滤波器一般很难有效的抑制干扰。

常规电磁兼容试验中，电快速瞬变脉冲群施加干扰时，一般分差模和共模两种干扰信号。差模干扰信号，由于其干扰的频率低、幅值小且是一种对称性的干扰，因此对设备的影响不是很大，而共模的干扰信号频率高、幅值大，是一种非对称的干扰，从而对设备的影响会比差模的要大。从上可以看出，滤波器进行设计时，可以重点考虑滤除高频的共模干扰信号，然后再对差模干扰信号进行有效滤除。在设计时，可以选择低通滤波器进行设计，这是由于低通滤波器对高频信号有较大衰减，但对低频信号如50Hz市电电流或者直流电却可以顺利通过，另外，低通滤波器也能及较好的滤除差模信号。

滤波器的电路结构图如图1所示，其中L1和L2为共模电感（即共模扼流圈），一般采取铁氧体做磁芯同时双线反向并绕。因此，滤波器的结构特点，决定了其可以有效的达到抑制高频共模干扰信号的作用，从而达到滤波的目的，此外共模电感还可以抑制自身对外发出电磁干扰，避免影响其他设备电路工作。另外，绕组线圈间存在一定的间隙，也会产生差模电感，因此这种设计也能对差模干扰信号达到抑制的效果。在电路中，差模干扰信号通过电容C1和C2进行抑制（C1和C2容量为0.01～0.047μF），共模干扰信号主要通过电容C3和C4来抑制（C3和C4容量为0.047～0.1uF）。

3.2过电压抑制器件

过电压抑制器对电快速瞬变脉冲群也有一定的抑制作用。其中过电压抑制器件常见的有瞬态电压抑制二极管和压敏电阻，二者均对电快速瞬变脉冲群信号有抑制作用，当其两端电压超过限定值之后，阻抗会快速下降，此时只允许通过大电流，从而泻除干扰并将两端电压控制在一定范围之内。不过一般压敏电阻的响应速度为ns级别，比较慢，而瞬态电压抑制二极管为ps级别，响应速度比较快，所以在评价抑制电快速的瞬态干扰时的效果时，认为瞬态电压抑制二极管的效果更优。

3.3 RC保护装置

另外，可以在一次回路中，对电源增加RC保护装置。增加RC保護的目的，一是降低干扰信号的电压幅值，这是利用了RC电路本身的吸收作用;二是可以利用电源与RC串联之后的吸收和缓冲作用，可以在一定程度上消除开关关断时产生的电弧。

3.4分布式电源

一般电气或电子设备的系统供电会优先选择分布式电源系统，而不会使用集中式电源系统。因此，在系统电源设计中，针对不同设备，根据其部件，电路板，电路，都会使用不同的电源进行供电。尤其是要完全分离低频电路和高频电路，以及低功率负载和高功率负载的供电线路。当经过滤波后的电源进入系统后，首先经过DC-DC模块进行降压处理，之后再用于驱动各部分电路正常工作。因此，采用相对独立的电源模块，并分时启动不同的负载，不但减少了大电流传输线路提高系统的安全可靠性，又减少了大电流冲击，这对降低电快速瞬变脉冲群干扰信号幅值有很好的效果。

4、结语

由于在电磁干扰的设计过程中，电快速瞬变脉冲群一般很难达到被有效的滤除和抑制，并且，在规范和标准要求中对电快速脉冲群的试验等级测试也是相当严格的，因此需要对电气或电子设备的抗干扰能力进行充分的设计和考虑。本文先对电快速瞬变脉冲群的基本概念、发生机理进行了一些简单介绍，然后基于电快速瞬变脉冲群的特点，提出了几种抑制脉冲的综合抑制方案，从而在一定程度上达到了抑制电快速瞬变脉冲群干扰的影响。

参考文献

[1]陈武龙.民用电子产品电磁兼容分析及干扰控制[M].华南理工大学.2008

[2]吕实诚;郭树楷.基于ARM的电快速瞬变脉冲群发生器设计[J].黑龙江科技信息.2010（10）：51.