电磁干扰和瞬时电压峰值抑制的军事标准要求.docVIP

电磁干扰和瞬时电压峰值抑制的军事标准要求 格伦.斯谷特 博士 VPT公司技术部执行副总裁 一、背景：来自电磁干扰和瞬态电压的挑战 关于电磁干扰（EMI）和瞬态电压兼容方面，军事以及航空领域的工程师们面临着诸多挑战。由多种不同的军事组织制定的标准，与在各种商业应用中的相似标准相比，具有更高的严格性。这些标准就测试限制和方法上有时未能达成一致意见。当来自设备某片的电子噪声影响到其它设备正常运行时，电磁干扰标准的目的就是预防那些可能产生的问题。对于电磁干扰缺乏必要的控制会导致噪声干扰例如在通讯或计算设备中产生多余的噪声，同样还会在传感器电路中造成假触发以及错误读数。 设备的正常运转除了会产生能引起干扰的噪声信号，也会产生相当大的瞬态电压。这些瞬态电压发生在设备的输入终端，并在军事标准中有着详细的说明，且随不同级别的设备所在的特定环境进行调整。例如，陆地设备就比空降设备具有较多不同的要求。 因此，对于军事系统设计者的一个挑战，就要提到设备的电磁干扰和瞬态电压性能，而这些设备的制成将适时满足最终客户提出的最严格的要求。本操作说明书将阐述运用于使用开关式电源的军事系统中的电磁干扰和瞬态电压兼容的基础，集中说明电磁干扰和瞬态电压抑制中出现的基本术语以及由数个不同军事组织提出的各种要求的处理方法。 二、电磁干扰（EMI） 电磁干扰可划分为四大类： 传导发射 传导敏感度 辐射发射 辐射敏感度 传导噪声沿着连接输出电源总线和设备的电缆传输，而辐射干扰则通过噪声信号的非预期的传输或接收产生。电磁干扰发射标准提到由设备产生的噪声而电磁干扰敏感度标准则描述噪声环境，设备能够适应这些噪声环境且能在其中正常工作。 从设计角度出发，传导发射可进一步划分为共模噪声和差模噪声。差模传导噪声由从转换器的一端输入并且从另一端输出的电流产生，这种电流是电路中的标准电流。另一方面，共模电流在电源线路和回路中沿底盘接地流动且沿回路返回。差模电流一般与电源转换器中的开关电流相关联而共模电流主要是电路中电压脉动的结果。 图1、电磁干扰滤波器和瞬态电压抑制功能的实现 电磁兼容要求系统满足传导干扰和发射干扰所有类型的标准。然而，考虑滤波器功能时，通常是看滤波器在预防设备干扰主电源供应系统方面的效果如何。 图1显示的是带有外部滤波器和瞬态电压抑制电路的典型开关式电源负载。开关电流I1 可由内置和外部滤波器来衰减。 开关式电源中的输入电流I2 主要为直流，并且带有一特殊的电流纹波。这种带有较高频率峰值的电流纹波可由滤波器进一步衰减，因此从电源总线流出的电流I3 基本为直流。如果I3中仍有一小部分的交流，那么滤波器必须设计成能保证交流成分低于应用标准中规定的水平。开关电流到直流水平的衰减值是衡量滤波器差模性能的一种标准。滤波器共模的有效性可由产生的共模电流（Icm）减少值确定，共模电流（Icm）通过共模电流源（Icm-source）来传递。有效的电磁干扰滤波器必须在规定的标准下在电源电路中将共模电流和差模电流很好的结合在一起。 三、瞬态电压抑制 滤波器被用于衰减因电子设备正常运转而产生的电气噪声，而瞬态电压抑制则致力于克服偶尔干扰或间歇干扰的必要性，这些干扰通常发生在配电总线处。这种电源干扰通过大发电机、发动引擎、瞬变负载等配电。它们大致可划分为三大类： 电压纹波 电压浪涌 电压尖峰 电压纹波指的是与一标准直流输入电压比较，实际输入电压的变化。浪涌由配电总线上的负载瞬变产生，通常持续几毫秒到一百毫秒左右。另一方面，电压尖峰一般因电抗性负载的转换而产生，这种负载会引起相关的高频、高压震荡，持续时间少于5毫秒。 瞬态电压抑制电路的作用是保护EMI滤波器，同时保护下游的电流免于来自这种瞬态电压的破坏。图1显示一输入总线电压（Vbus），以及活动在标准直流电平上的输入浪涌。瞬态电压抑制器强制输入电压到一定水平，而这个水平能保证EMI滤波器和下游转换器的安全性，如图1中Vbus所示。这样，瞬态电压抑制功能就与EMI滤波器的敏感度功能相似：它们都保护负载设备免于源自配电总线的干扰。 四、电磁干扰和瞬态电压抑制标准 全世界的不同组织颁布的诸多标准都提到了电磁干扰和瞬态电压抑制。对于电磁兼容，这些标准包括美国军事部的MIL-STD-461 EMI/EMC标准，国内航空的RTCA DO-160D标准以及英国国防应用部门的DEF STAN59-41标准.关于瞬态电压和总线特性的标准则包括MIL-STD-704，MIL-STD-1275，DO-160和DEF STAN61-5。 根据应用于电磁兼容和瞬态电压抑制的多种标准，我们完全有理由相信无论在什么情况下，只要满足最为严格的标准，就可实现对于电源系统的设计。这种“一旦设计，全球应用”的方式可将开发成本的回收最大化，同时也可虑及