开关电源电磁干扰引起指示波动分析

李乃飞

宁波世纪恒祥自控技术有限公司 浙江 宁波 315812

摘要：开关电源在石化控制现场用量很大，但由于其会产生电磁干扰，在一定程度上限制了它的使用。本文分析开关电源电磁辐射的产生以及对生产影响，给出对工程低压电源设计审核、日常维护中电磁干扰排查的几条建议。

关键词：开关电源 电磁干扰 电磁辐射量 

Indication fluctuation caused by electromagnetic interference in switching power supply

Li Naifei

Ningbo Century Automatic Control Technology Co.， Ltd.， Ningbo 315812， China

Abstract：Switch power supply are widely used in petrochemical industry， however， its application is limited by its electromagnetic interference. This article describes the electromagnetic radiation in switching power supply and its effects on production. Suggestions are offered about low voltage power supply checking in engineering design and electromagnetic interference identification in daily maintenance.

Keywords：switching power supply； electromagnetic interference； electromagnetic radiation

1 开关电源的产生电磁干扰原因

开关电路产生的电磁辐射是开关电源的主要干扰源之一，开关电路是开关电源的核心，主要由开关管和高频变压器组成。正常情况下，开关电源的滤波电路会将电磁泄漏量控制在一个正常范围内，当部分元器件受损时，电磁泄漏量会成倍增加，导致电磁干扰。2015年5月1日，镇海炼化动力中心4#汽轮机系统7台压力变送器的指示先后多次同时出现波动，影响生产。工作人员对工况、压力变送器、供电电压、回路绝缘、接地电阻、槽盒温度等检查均未发现异常，初步分析是电磁干扰引起。在查找干扰源的过程中，技术人员用电磁辐射仪检测出现场一开关电源辐射量是正常时的100倍（正常开关电源的电磁辐射量是0.030343mW/cm2，该故障开关电源的辐射量3.69mW/cm）。拆卸开关电源后，发现开关电源内的部分元器件已经烧损。干扰源：现场开关电源型号：S-50-24，类型:AC/DC电源 调制方式:脉冲宽度调制（PWM）式 晶体管连接方式:单端式.开关电源的干扰主要以传导干扰为主，其频率在10kHz到30kHz之间。差模干扰在两根电源线之间形成回路，是由于电力半导体组件开关动作引起，主要涉及的电路组件是输入电路电解的寄生参数引起的。该寄生参数引起的干扰源是变换器脉动电流，可以通过输入滤波器来消弱。但由于滤波器中使用的电容器一般为电解电容有很大的等效串联电感和等效串联电阻，因此造成滤波器的性能下降。经检查电路板上元器件受损，导致开关电源的滤波性能下降，电磁辐射量立刻变大。藕合路径：耦合路径是电磁干扰源传输到敏感体的各种途径。其基本形式与电磁能量的形式基本相同，分为传导干扰耦合和辐射干扰耦合两类。传导干扰是通过电线进行传播的，耦合干扰是通过“场”进行传播的。电缆是高效电磁波接受天线和辐射天线。故障的开关电源所产生的电磁辐射量，通过导线传导到与之相连接的电缆上，电缆通过辐射形式向周围的空间辐射。通过测试发现电缆槽盒2内有辐射量。敏感设备：7台指示波动压力变送器的电缆与故障开关电源电缆在同一槽盒内，而且分布在其周围。当辐射量达到一定值后，电磁波穿过7根电缆的保护屏蔽金属网，对导线进行干扰，形成了不规则的杂波，这些杂波叠加到变送器的通信回路中，引起DCS和现场指示波动。在检查波动过程中，发现一个很有意思的现象，波动当天一般是上午10点左右开始，16:30分左右波动结束。分析原因是与当天的气温有关系。开关电源本身就是发热源，部分元器件受损，滤波性能下降；当外界气温升高时，不利于开关电源散热，导致滤波性能再次下降，辐射量增强，此时就发生干扰。2 结束语

综上所述，开关电源的EMI对生产存在一定的影响，在工作中如果尽量减少或避免EMI，建议如下：现场仪表设备如果使用24VDC供电，尽量减少开关电源，如果供电距离不是非常远的情况下，可以从机柜间直拉24VDC；如果现场一定要使用开关电源，选择品牌厂家生产的开关电源，能保证产品的使用寿命和较小EMI；选择仪表控制电缆屏蔽金属网是钢丝网，减少铜丝网。因为铜丝网在一定范围内抗电磁干扰，却不能抗磁干扰，铜不导磁；仪表槽盒布线中，强弱电缆分开。部分项目施工，有时为了节约成本，还是存在强弱电缆在同一槽盒内没有采取隔离措施的现象；新的项目工程验收时，应到现场检测开关电源的EMI是否合格。参考文献

[1]杜平.开关电源电磁干扰分析与研究[D].西安：西南交通大学研究生论文，2005.

[2]韩颖晖.高频开关电源电磁干扰分析与抑制研究 [D].兰州：兰州大学研究生论文，2006.

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