关键词：电磁干扰EMI、抗干扰、电磁兼容EMC、工业干扰 作者：厦门国家留学人员创业园 厦门超力电子有限公司总工程师 林宗璠 副教授 内容提要：本文论述继电器、接触器、电机、电器等工业干扰源产生电磁干扰（EMI）的原理和故障判别方法，首次公开了抗干扰最简单而最有效的实用技术及其电磁兼容EMC检测结果和应用情况。 一、电磁干扰的产生和故障判别电机、电力电容器、继电器、接触器、电磁铁、变压器等都是工业干扰源，通/断电时会感生几千伏高电压；此外雷电残余电压也有上千伏。工业干扰波含有二种脉冲：浪涌和脉冲群。浪涌是单个脉冲，能量很大，瞬态功率可以超过2KW。脉冲群的能量虽然小一些，但它是一列脉冲，一个接一个地冲过来，其频率为KHz数量级，因此可以激活分布电容和漏电感，从而构成无形通路，像“幽灵”可以穿透现有各种电源，例如变压器（包括隔离变压器）、稳压电源(包括开关电源、线性电源、电荷泵电源)、不间断电源（包括UPS、EPS）等闯入电子电路内。而电子电路内的元器件高度密集，闯入的“幽灵”可以四处乱窜、闹得你晕头转向、防不胜防。因此，对付脉冲群的办法，宜在电源入口处将它挡住，不让进来为上策。现有单片机微电脑几乎没有抗干扰能力，即使是工控机PLC也只能达到2～3级，可承受的干扰电压不过1～2KV。而工业环境中若有接触器就是严酷的环境，需要抗干扰4级，应能承受干扰电压4KV。所以现有的计算机控制设备，不论国产还是进口，其抗干扰能力都严重不足。因此，在工业环境中运行的各种计算机智能控制设备难免不受电磁干扰而“发疯”，造成误复位、误显示、误操作、数据错乱、死机等莫名其妙故障。有时重新启动就没事了，有时又不行。有时出了故障不报警；报警了又没故障；有时显示故障的时间、部位紊乱；还可能使计算机程序被篡改、数据丢失、通讯失败；甚至发生电击穿。这是明故障。此外，电磁干扰还会造成暗故障。电磁干扰电压高，能量一般不大，往往不足以一下击穿半导体芯片、IC模块。电磁干扰一次冲击给半导体留下一道伤痕，不断地冲击，造成伤痕累累，最终导致电击穿。这个过程称为“电老化”，不易被人觉察而被忽视。例如，西门子、ABB制造的智能设备，其设计寿命15年，才用2年就电老化击穿，相当于设备价格提高了7倍，其罪魁祸首几乎全是工业干扰。电磁干扰所造成的快速电老化的危害更严重。二、抗干扰实用技术现有的浪涌抑制器、噪声抑制器、电源滤波器、EMI芯片等，都是传统的抗干扰技术，或者效果差或者消除不了脉冲群干扰或者不能彻底消除干扰，国内外皆然。新近我国已研制成功“超力抗干扰器”。它串联在电源上，随时检测电力线路传导来的脉冲，若脉冲的电压低于1.1倍额定电压且频率低于100Hz的，被认为“正常”。超力抗干扰器“睡眠”，无功耗无温升微压降，不影响电能传输和信号传递。若电力线路的脉冲电压高于1.3倍额定值或频率高于1KHz，被认为“电磁骚扰”，立即被“吃掉”；是“软” 隔离。它自身吸收电磁骚扰而不是向大地排泄，所以无需接地最简单。这是我国抗干扰技术的重大突破，目前处于国际领先地位。福建省中心检验所及各用户在当地质量检测机关所做的检测都证明，该技术可使各种计算机、微电脑、工控机、PLC等控制的电子产品的“脉冲群”和“浪涌”抗扰度达到国际标准IEC61000：1995规定的2、3、4级，可承受瞬态干扰电压分别为1、2、4KV，计算机仍然正常运行，适用于典型工业环境、严酷工业环境，甚至特殊环境或重要设备（用5级，承受瞬态干扰电压5KV）。超力抗干扰器是电子设备最灵的保护神。高电压脉冲被 “吃掉”了，不再冲击电子器件，从而避免快速电老化击穿，成倍延长进口或者国产设备工作寿命，效益绝佳。但是该技术不能滤波，不能消除变频器谐波。三、技术特点：该项抗干扰技术特点如下。 1、全面保护 工业干扰波含有二种脉冲：浪涌和脉冲群。脉冲群干扰能量小电压高（几千伏），足以干扰计算机运行、还使半导体受到致命伤而快速电老化甚至立即电击穿。压敏电阻、瞬态电压抑制二极管TVS等元件无法消除“脉冲群干扰”。超力抗干扰器可以彻底消除“浪涌干扰”和“脉冲群干扰”，全面保护电子设备。 2、无须接地 传统方法是使电磁骚扰向大地排泄，必须接地。接地工程费近千元，还有日常维护麻烦，使用3年后接地线、接地体生锈损坏，形同虚设，又要再做接地工程。超力抗干扰器自身吸收电磁骚扰而不向大地排泄，无须接地。 3、彻底保护 清华大学白同云教授一针见血指出，传统方法需要接地，所以无法彻底保护电子设备：①雷雨季节，雷电经接地系统向大地排泄过程中，可以通过公共接地线闯入电子电路。②附近电器发生接地故障，也可通过公共接地线闯入电子电路。③电子设备的铁皮外壳面积大，能大量吸收电磁辐射干扰，也可经过公共接地线而闯入电子电路。超力抗干扰器不接金属外壳，与大地绝缘，上述三种干扰就不会闯入电子电路，实现彻底保护。五、应用情况 该技术被厦门安东电子公司采用，其“无纸记录仪”免除电磁干扰，胜过欧美日。空军装备部某厂由试用该技术后转入批量应用。采用该技术的还有：上海通逸电子仪表公司、南京市金智维配用电自动化公司、无锡市德正电控电子厂、北京天时公司、前程自动化公司等138家。实践证明，本产品实际应用效果与产品标称等级一致。它密封成模块、无故障免维修。进口的电源滤波器、EMI芯片、噪声抑制器均无效时，不妨试用该技术。它广泛应用于带微电脑家用电器，单片机微电脑智能仪器仪表，计算机PLC控制的各种电子设备：自动化设备、数控机床、机器人，电脑缝纫机织布机等。六、选型 1、型号意义例如1 IM34-220Vac-20W IM-immunity抗扰度；第一个数字3表示“脉冲群”抗扰度3级，第二个数字4表示：“浪涌”抗扰度4级；用于额定电压220V的交流电源口；额定功率20W。例如2 IM33-5Vdc-20mA IM-immunity抗扰度；第一个数字3表示“脉冲群”抗扰度3级，第二个数字3表示“浪涌”抗扰度3级；用于直流电压5V的信号口；额定直流电流20mA 。 2、注意 1、额定电压：必须与所在电路的额定电压一致，不可混用。 2、额定功率：应大于负载（微电脑的稳压电源）的额定功率。 3、抗干扰等级：优先采用4级IM44，尤其有接触器、电磁铁、电机的使用环境。重要设备用5级IM55。3级IM34和3级加强型IM3+4用于大批量生产的普通工业电子产品。2级IM24用于家用电器等。 5、衰减器配件：计算机控制设备与干扰源，继电器、接触器、电磁铁、互感器、变压器、电动机等接在同一个电器柜内，要加上对应的衰减器七、使用方法 1、抗干扰器的额定电压与电路额定电压要一致，不得混用。如果220Vac的抗干扰器误用在110Vac电路上，其抗干扰度可能降低1级；误用在380Vac电路上，连保险丝一起立即烧坏。实际工作电压绝对不准超过表1的限值，凡是可能超限的场合，必须设置电源保险丝。 2、接口位置：①本产品接在电网与微电脑稳压电源之间（即输入端接电网，输出端是无电磁干扰的电压，接微电脑稳压电源），可阻止电网传导来的电磁干扰通过电源口闯入微电脑。 ②本产品接在微电脑I/O口与外部器件之间（即输入端接I/O口，输出端接摸拟器件），可阻止外部器件来的电磁干扰闯入I/O口。外部器件，如A/D转换器、传感器、通讯接口电路RS232、U盘等，也应由抗干扰器之后的稳压电源供电。如果外部是数字信号，采用光电耦合器隔离更经济。 3、不接地：整个电子电路不与金属外壳直接或间接连接，而且抗干扰5、4、3+、3、2级的电路与金属外壳之间的绝缘电压（对地耐压）应分别高于5、4、3、2、1KV/1分钟。这样方可避免公共接地线引入雷电干扰和电器接地故障干扰，实现对电子电路的彻底保护。其他接地（防雷接地、安全接地、屏蔽接地）仍然需要，不变。 4、其他抗干扰措施，例如压敏电阻、瞬态电压抑制二极管TVS、电源滤波器、EMI芯片、噪声抑制器、磁珠磁环等（不论进口还是国产）可以删除。八、问题讨论 1、工控机、PLC受干扰，能用超力抗干扰器吗？能，效果特好。工控机、PLC抗干扰度2～3级，3级可承受2KV瞬变脉冲群电压，用于普通的工业环境中。而有接触器的环境是严酷的工业环境，需要抗干扰4级及以上，承受4KV瞬变脉冲群电压。因此在接触器的环境中，工控机、PLC抗干扰度不够，就会发生干扰故障。所以，工控机、PLC应该加上超力抗干扰器，才能达到4级抗干扰度可靠运行，而且还使被保护的电路大大延长使用寿命。抗干扰器与单片机结合可以取代PLC，而抗干扰等级更高，成本低得多多。 2、IM44抗干扰器接在单片机前见图2，快速分/合按钮B，为什么还会复位？实际情况：负载通电后一般要1分钟后才断电；断电后1分钟再通电。因此标准规定：通/断电间隔1分钟。而快速分/合按钮B，通/断电间隔不足1分钟。所以单片机还会复位。超力抗干扰器，浪涌4级的通/断电大于0.5分钟/次或者浪涌3级通/断电大于2秒/次，不会复位。