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EMP电源滤波器原理和应用

来源:个人技术集锦
・,浪舳介绍・EMP电源滤波器原理和应用PrincipalsandApplicationsofPowerLineFilterforEMP北京凌昆电磁技术有限公司肖疆1应用背景介绍电磁脉冲(EMP)是一种突发的、宽带频谱的电磁辐射高强度脉冲,它覆盖的频段可以从几兆赫兹到几百吉赫兹,常规的电磁兼容电源滤波器很难在这个环境下达到高性能的工作要求。目前国际上和这个相关的研究技图1电源滤波器的原理图术或领域有:瞬态电磁脉冲发射监测技术、敏感房间信息设施、高空电磁脉冲和有意电磁脉冲。本文重点介绍在对于EMP电源滤波器.这些元件的选用非常重要,强电磁环境中应用的一类新电源滤波器——EMP滤波干扰信号在时域幅度变化大,要考虑到足够抗大电压、大器的工作原理和重要性能指标。电流和EMP宽频响应(14kHz一40GHzo为了应对高强度干扰,需要在很低频率就有很大的插入损耗,如起始最2EMP电源滤波器的工作原理低频率从150kHz变为14kHz。图1是电源滤波器的原理图,其中,R。R:,和乙.,k为了让电源滤波器能够应用到更高的EMP系统中和c{I构成差模滤波电路;cII一般选毫法值,不仅要承受(如电流峰值高达70kA),在输入电路中使用高瞬态信额定交流电压外,还叠加各种交流高次杂波(EMI峰值电号抑制器让脉冲电流旁路,这个高瞬态脉冲抑制器常选压),选择能够承受x2等级电压的电容应用于EMP滤用:电涌放电器(ESA)和金属氧化物压敏电阻(MOV)等。波器,己。和如,反向绕在铁氧体上的,通常选用金属粉ETS—Lindgren的EMP电源滤波器对各个电路元件进行压磁性铁氧体,它在大电流下电感下降较少,不易饱和。验证,如宽频带穿芯电容、高性能电感及可保持电源功率另外,由R。、R:、Lc、C.、c‘2,及公共地构成构成共模滤波稳定的高瞬态脉冲抑制器件。电路。一般G。和c0为几纳法,不能太大,需有足够安全余量,否则于壳体地连在一起有漏电电流过大的危险;L。3产品和其性能指标为几毫亨,同向绕在一个铁氧体上,抑制共模噪声。关于电磁脉冲(EMP)/高空电磁脉冲(HEMP)/有意电(上接第100页)质层(实际中研究的是玻璃纤维填充环氧树脂)的参数是劓蒲导体通过DERM方法得到的随频率变化的列表数据。“粗糙电介质”部分是用有耗非色散材料进行建模的,根据不同粗糙度的金属箔,此部分的介电常数分别设置为:瓣48.5_j18.4,8,nr=33.1-54.97,sM产28.9-j1.73。通过对单位长度带状线插入损耗s2.的仿真结果分析可知,当没有“粗糙电介质”存在时,普通的介质基体仅存在(用DERM提取的)介质损耗,该仿真结果比实际测试的损耗小很多。当加上“粗糙电介质”层时,纯介质部分∥采用DERM提取的介质损耗,该仿真结果与实际测试值“粗糙电介质”L最相近。对于三种测试载体,在5GHz以上时,与实际相圈2带状线插入损耗的仿真截面图差均不超过O.1dB;在5GHz以下时,STD粗糙度的仿真和材料都是一致的。在此模型中仅考虑了TEM的传播模结果与实际相差不超过O.3dB,VLP和HVLP的仿真结式,这可能会影响建模的精度。该模型中的所有导体都是果与实际相差不超过0.5dB。完全光滑的,材料设置为铜,电导率为5.8×107S/m。电介编辑:安皓E—mall:¨h∞@o∞i.ac.cn2012年第5期安全与电磁兼容万方数据●一=.。八,・PRODUC'11IN7FRODUC…IION・磁干扰(IEMI)技术和标准国际上主要有IEC61000系列标准。IEC一61000—2—13定义了IEMI的相关要求;美军标准MIL-STD-464C,MIL-STD一461F规定了相关系统和测试设备在高电磁环境的子系统和设备要求;M11.一STD一’表1额定交流电压0—277/488V50,60Hz2250V188—125一l&2规定了高空电磁脉冲下C4I设施的相关测试和要求,见表1和表2;国内也有类似的标准,如军标GJB一1389A一2005.GJB一151A/152A一1997。EMP电源滤波器是其中重要的电子系统部件,必须满足以上标准。EMP电源滤波器的特性要求放电时间全载下最大温度上升全载工作温度范围在250V50Hz测试直流电压绝缘电阻>100Mn放电电阻峰值浪涌电流泄漏电流<10%额定电流(在放电电阻前)内置于每线和外壳之间<30S25℃一25—65℃70kA(8us)表2输入脉冲幅度250A500A1000Al800A2500AMIL-STD-188—125—1&2的注入电流和残余电流要求(20/500rts)按MIL-STD一188—125要求的残余电流和滤波器允许通过的残余电流+<10A<lOA<lOA<10A<lOA目前EMP研究方面美国在世界占有领先的地位,大部分标准来源于美国的研究。,在不同电压和工作频率下●“V100dB,14kHz~10GHz损耗达100dB。EMP电源滤波器还需要高脉冲电流注入试验来评估耐高电流性能。EMP电源滤波器的安装注意事项和常规滤波器一样,但以下方面应该更加重视:如要尽量避免使用长接地线;电源滤波器不能存在电磁耦合路径;不能将线缆捆扎在一起;电源滤波器输入线、输出线必须拉开距离;电源滤波器外壳与机箱壳必须良好接触。编辑:王淑华E—maihwangsh@cesi.∞.cn使用的电源滤波器需要不同的设计。图2是一批ETS—Lindgren公司基于美国标准的EMP应用的电源滤波器,这些滤波器经过了美国第三方实验室按照MIL-STD一188—125一I&2,EMP—SOP一1050,11EME2000TD029等大电流注入测试,并在韩国、印度军方以及美国波音公司等大项目中得到了应用。(上接第83页)【9】LCarbonini.ComparisonofanalysisofaWTEMcellwithTransstandardTEMcellsforgeneratingEMonfields[J1.IEEEEleetromagCompat,1993,35(2):255—263.cells【Cl//Pro—【10】RLorch.GMonieh.Modesuppressionin'ITEMeeedingsofIEEEIntSyrupElectmmagnCompat,Aug1996.SantaClaraCA:IEEE,1996:40-42.【ll】SDeng,DavidPommerenke,ToddHubing.Anexperimentalin—vestigationofhigherordermodesuppressioninTEMeeHs们.IEEETransElectmmagCompat,2008,50c2)'Part2:416--419.a【12】DAHill,JAWalsh.ResonancesuppressioninTEMcell【JJ.JMiemwPower,1983,l8(4):325—330.图2基于EMP电源滤波器(照片来自ETS—Undgren)【13】ShaoweiDeng,DPommerenke,THubing,etDesignForHigha1.ModeSup—pressedTEMCellFrequencyICMeasure—EMP电源滤波器不仅要满足常规滤波器性能指标,其宽频带的插入损耗(对称和非对称模式下)、漏电流、耐ments[CMEEESyrupi:IEEE,2007:l一6.EleetmmagCompat.Honolulu.Hawai—高电压和高电流等性能也要满足更高的指标。EMP电源滤波器需要在不同负载模式下进行插入损耗的测试,满足10。14kHz间滤波器插入损耗从60dB线性提高至【14】JJin.111e2ndFiniteElementMethodinElectmmagnetics.ed【MI.NewYork:Wiley.2002.编辑:王淑华E—mail:wangsh@t.esi_ac.cnSAFETY&EMCNO52012万方数据

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