电子控制设备的抗干扰设计研究

李思愚 张燕霞 户文刚

摘要：电子控制设备运行过程中很容易受到外界电磁信号的干扰，发生设备运行故障或者安全事故问题，有必要不断提高电控设备的抗干扰设计水平。该文主要对干扰的定义及传播途径进行详细分析，结合对电子控制设备干扰源的研究，通过对抗干扰技术方法进行具体分析，提出如何提高电子控制设备抗干扰设计水平。

关键词：电子控制设备  电磁干扰  抗干扰技术  干扰源

中图分类号：TN917  文献标识码：A   文章编號：1672-3791（2022）07（b）-0000-00

Research on Anti-interference Design of Electronic Control Equipment

LI Siyu  ZHANG Yanxia  HU Wengang

（Gansu Vocational and Technical College of Communications， Lanzhou， Gansu Province， 730070 China）

Abstract： During the operation of electronic control equipment， it is easy to be disturbed by external electromagnetic signals， resulting in equipment operation faults or safety accidents， it is necessary to continuously improve the anti-interference design level of electronic control equipment. This paper mainly analyzes the definition and propagation path of interference in detail， combined with the research on the interference source of electronic control equipment， through specific analysis of anti-jamming technology and methods， this paper puts forward how to improve the anti-interference design level of electronic control equipment.

Key Words： Electronic control equipment; Electromagnetic interference; Anti interference technology; Interference source

通过对电磁干扰进行全方位分析研究，从而掌握电子设备抗干扰技术的有效应用方法，确保电子设备能够更好地应对外界复杂的电磁环境。电子控制设备被广泛应用于电力系统或电子领域，多采用集成电子电路系统对电子设备进行控制，电子设备长时间处于电子辐射、高压输电等受电状态会更容易受到外界因素的干扰，从而导致电子系统无法正常高效的运行。随着电子技术的更新发展，需要加强对抗干扰技术的应用研究，最大程度地保证电力企业生产安全。

1 电子干扰

1.1 电子干扰定义

电子干扰通过扰乱电子控制设备电波而导致系统功能作用丧失或者效能下降，主要表现为削弱电子控制设备系统的整体控制与制导能力。电子干扰通常无法对干扰对象造成永久的损伤，更多是指在电子控制设备特定运行时间内对设备系统运行能力进行部分或者全部干扰，导致电子设备系统功能效用部分或者全部丧失，通过制造电磁干扰信号来进入电子控制设备接收机，较强的电磁干扰信号能够导致电子设备接收机无法顺利提取和接受外界信息。通过电子干扰能够不断增大电子设备运行控制误差范围，对电子设备本身的控制水平及温度、机械振动以及电磁现象产生不同严重程度的干扰。噪音作为电子设备电磁信号干扰的核心表现形式，是电子控制设备中最为常见的干扰信号，噪音干扰主要分为常模和共模两种类型，常模噪音作为对称噪音又包括噪音电流和信号电流两种，而两种电流在电子设备中拥有相同的运行轨迹。共模噪音作为不对称噪音会在电流运行过程中分流出一部分，相比常模噪音电流而言，共模噪音分流出的部分电流更容易抑制，同时由于共模噪音交直流交互作用的特性，能够运用隔离、接地等多种方式对其进行抑制。

1.2 电子干扰产生的原因

电子干扰包括内源干扰和外源干扰，电子控制设备运行过程中各类电子元器件同步作用必然会产生各种无用信号，电磁信号是干扰电子设备的主要因素，多由于电子元器件本身运行或者外界人为因素的影响，此外包括电网系统、电器设备都是造成电子干扰的原因。例如由分布电容造成的静电耦合、互感效应造成的电磁耦合以及电阻造成的阻抗耦合等都会产生电子干扰。电子控制设备产生电子干扰需要包含干扰源、耦合通道以及接受通道三个重要因素，从干扰因素来看，抗干扰措施可从这3个因素重点入手，通过避开干扰源、阻止耦合通道、降低电路接受通道的噪音敏感性来加强电子设备抗干扰性。此外，从电子干扰的类型来看，脉冲型干扰和正弦型干扰主要由于外部原因造成电子设备干扰，而起伏型干扰主要由于电子设备自身造成电子干扰。

1.3 电子系统中的干扰源

（1）热干扰。与电子控制设备运行过程中产生的温度、热量有很大的关联，热能对电子控制设备内部的元器件造成直接干扰，因而需要采用良好的导热性金属材料以制作防护罩的方式来屏蔽电子设备内热能的干扰。（2）机械干扰。电子设备处于工作状态时在机械振动的影响和冲击下，电子控制设备内部的元器件会产生变形，从而导致内部电路原有参数信息发生改变。因而针对机械振动想要达到减震作用就需要采用弹簧或者橡胶等材料做好防护措施。（3）电磁干扰。主要是指电子系统运行中由于电路元器件运行产生的静电感应而造成的电磁干扰，针对电磁干扰可通过屏蔽静电和电磁信号的方式来达到抗干扰效果。

2 电磁兼容性抗干扰设计及原理分析

2.1 接地设计

首先，电子设备采用接地技术的主要目的在于：一是有效防止外界电磁场的干扰，通过将机壳接地来为大肆积累的静电感应提供电荷泄放的通道，避免电荷形成高压而导致设备内部产生火花放电对设备控制运行产生干扰，同时可采用接地技术来对电路进行屏蔽，同样能够获得较好的屏蔽效果。二是通过采用接地技术能够确保电子系统中所有的电路有共用的参考零电位，最大限度地保证电路系统能够稳定正常运行。其次，接地技术的核心作用在于保证电子控制设备能够安全工作，对于产生的电磁感应或者由于输入电压绝缘性不良等原因造成工频交流电源与机壳直接相通时，壳采用接地技术避免电力操作人员发生触电安全事故。最后，针对电路系统电路的接地方式可以通过单点接地的方式来达到抗干扰目的，通过在一个线路中确定物理接地参考点，将其他接地点全部衔接到这一个确定的物理接地点上来达到抗干扰效果。而多点接地则通过将电路系统内部的各个接地点衔接到最近距离的接地平面上，合理控制接地引线长度来达到抗干扰效果。同时接地平面包括电子设备底板部件、电路系统接地导线或者电子设备结构框架等[1]。

2.2 屏面设计

采用屏面技术对电路系统内两个不同的空间区域进行金属性隔离，即控制一个区域电场、磁场和电磁波对另外一个空间区域产生电磁感应和电磁辐射，采用屏蔽体将整体电力系统内包括各路元器件、组合件以及电缆电路等干扰源进行包围，防止电磁感应向外扩散干扰电磁场，同时采用屏蔽体避免电路设备或电子系统受到外界电磁场的干扰。屏蔽体本身对电力系统内元器件、电缆导线以及电路系统内外部电磁波起着能量吸附、反射能量和抵消能量的作用，因而需要充分发挥屏蔽体的抗干扰功能。此外，要慎重选择屏蔽体材料，当电路系统干扰电磁波频率相对较低时需要选用高导磁率的屏蔽材料，通过将磁力线控制在屏蔽材料内部来避免磁力扩散到屏蔽体屏蔽的外部空间。当电路系统干扰电磁场频率较高时则需要采用低电阻率金属材料形成的涡流来抵消外界电磁波，从而形成保护屏蔽层达到屏蔽效果。此外针对一些特定场合需要选用不同金属材料形成不同层次屏蔽体达到多层屏蔽效果。总体来看，屏面设计主要通过静电屏蔽、磁屏蔽以及电磁屏蔽技术来达到屏蔽抗干扰效果，采用静电屏蔽技术是指静电场的电源线在接地金属导体位置被中断来避免产生电磁场，而采用磁屏蔽技术需要借助具有高导磁率的金属材料使得磁场电路发生变化，从而达到屏蔽磁场和抗干扰的效果[2]。

2.3 其他抗干扰技术

（1）电路技术。主要针对经过屏蔽基础处理之后仍然无法完全防止电路干扰而采用电路技术与屏蔽技术相结合的方式来达到完全抗干扰的效果。采取平衡电路措施将双线电路中的两根导线与相关的所有电路形成阻抗，确保2根导线周围的干扰信号具有相同的阻抗，促使噪音干扰形成共态信号而产生自行消失的作用。电路技术并不是指某一种技术，而是包括平衡电路、接点网络、整形电路以及選通电路等多种电路技术，结合实际情况采用不同的电路技术是有效控制抗干扰效果的有效措施。（2）滤波技术。电路系统内干扰频谱成分与系统内有用的频率不相等，通过采用滤波器来减小传到干扰电平，从而更好地对有用信号频率的不同成分进行有效抑制，可灵活应用于干扰源抑制、干扰耦合的消除以及增强电子控制设备接收机抗干扰能力等范围领域，电路电源在阻容、感容去耦网络的作用下得以隔离开来[3]。

3 电路保护器件的选择技巧

对于元器件的选择需要明确电路保护元器件的类型，结合不同元器件的不同特点和应用范围合理选择，工程师需要了解各路元器件的作用、特点，明确保护电路的具体流程方法和电路系统运行不稳定行为，经过多次模拟测试之后合理选择过压保护器件或者过流保护器件。当前，电子控制设备处于电路系统运行过程中容易遭受ESD、过流、过热等现象的危害，对于电路保护器件需要在考虑伏安特性及器件保护级别的基础上重点考虑与电子设备相适应的尺寸、元器件不同大小的能量密度、电子设备接口速率信号的完整性以及元器件电容大小、元器件耐冲击次数、抗震防潮因素等，从而选取最为合适的电路保护器件[4]。

关于过流功能保护器件用于串联电路中需要建立在电阻小、功耗小的基础上，电路系统处于正常运行状态时，过流保护器件充当一根导线来稳定导通电路，在电路系统发生电流波动时能够承载一定的电流波动范围，这时要明确过流保护器件电流承载范围，当电流过载时则会开启熔断器，通过断开电路电流来保护电路安全，防止电路危害不断扩散。在选择过压保护器件和过流保护器件时要着重考虑元器件的熔断性能和额定电流，结合熔断器周围电路环境来分析熔断器热能值[5]。

4 信号传输抗干扰设计

4.1 输入信号线路线缆

关于电子控制设备系统信号传输线的选择需要在允许的频率范围内可采用屏蔽双绞线输入模拟信号，或者采用双层屏蔽双绞线电缆做输入模拟信号TA，外层屏蔽需要向地面靠拢，采用悬空的形式来防止不平衡接地电势对二次控制设备造成的干扰。

4.2 开关状态信号线设计

通常用继电器作为控制信号的控制对象，而开关信号为状态信号的主要传输信号，选用双绞线作为信号传输线要尽可能以并行传输的方式来提高抵御共模信号干扰能力，要避免将传输线与连接器断续相连，针对多个双绞线连接在一起时要尽量采用不同节距的双绞线对于多对长距绞合线需要设置好绞合线交叉具体位置和距离，在增大节距绞合的基础上达到抑制噪声的效果[6]。

4.3 其他抗干扰措施

为了达到抑制整流电源纹波干扰的目的需要对电源做稳压处理，在遇到电压稳定而电子电路系统无法正常运行的情况时需要明确电路无法运行的原因，常见的多由于放大电路输入端与整流电源输出端连接线长度超过限制的长度，对于连接线长度超过20 cm时可考虑安装滤波器的方式来维持电子电路系统正常运行。此外，针对逻辑电路板中的电源线和地线要确保分布合理，尽可能将布线长度控制得短一些来避免产生布线回路现象。

5 结语

综上所述，电子控制设备干扰源受多方面因素的影响会产生不同危害程度的干扰，该文通过对干扰的内涵、类型及干扰源传播来源进行重点分析，从而具体说明了集中抗干扰措施的实施办法。在整个电路系统领域中，电子控制设备抗干扰和抑制干扰一直是需要重点分析研究的方向，需要结合实际情况进行具体分析，才能更好地采用适合的抗干扰措施达到理想的抗干扰效果。

参考文献

[1] 王振华，姚玉林，曹火焰.电子控制设备的抗干扰设计研究[J].科技创新与应用，2021，11（28）：90-92.

[2] 林宇衡.电子电路设计的实用技巧研究[J].电子制作，2021（16）：81-82，88.

[3] 孙伟.电子电路设计的实用技巧研究[J].电子元器件与信息技术，2020，4（3）：122-123.

[4] 刘修泉，杨伟，李艳红.基于TRIZ的RAM存储器掉电保护电路的优化设计[J].机电工程技术，2021，50（8）：127-130.

[5] 海涛，陆代泽，陆代强，等.一种基于晶闸管的串联LED故障保护电路的设计[J].实验技术与管理，2021，38（7）：78-82，94.

[6] 邹玉炜.无线电能传输的抗干扰調谐系统设计[J].现代电子技术，2019，42（17）：114-118.