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DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.002
摘 要：控制器的使用环境复杂，电磁干扰对产品的性能会产生严重的影响。因此，做好产品的电磁兼容设计，能够满足产品的报警控制要求。该文系统的分析了燃气报警控制器在使用过程中可能遇到的干扰，给出了抗干扰措施，从而提高燃气报警控制器的电磁兼容性。
关键词：报警控制器 电磁兼容 干扰分析
中图分类号：TM762.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（b）-0002-02
可燃气体报警控制器可实时检测工作场所环境中可燃气体的浓度，浓度超过所设定的报警值时，控制器发出报警信号，并提供控制输出接口。只有合理设计其电磁兼容性能，才能保障设备的报警防护功能发挥最佳性能。
1 控制器的干扰分析
1.1 电磁骚扰
电磁骚扰引起控制器浓度采集功能的可靠性下降。干扰源经过电源、信号线或控制电缆传导至控制器内部。可能导致主机复位，显示异常、甚至是误报警等问题。
1.2 共模和差模干扰
控制器电源线上的干扰有共模和差模两种方式。共模干扰存在于电源任何一相对大地或中线对大地间。共模干扰在线路传输中还会向邻近空间辐射，而差模则不会，因此，共模干扰比差模更容易造成电磁干扰。
2 控制器的电磁兼容性设计
主要设计分电路的设计、线路板的设计、屏蔽结构设计、信号线/电源线滤波、电路的接地方式设计。
2.1 电路的设计
电路设计中在电源模块与信号线传输接口增加滤波器和绕线磁环增强输入输出滤波电路的设计，同时，在主芯片和存储芯片等增加接地电容提高传输信号的抗干扰度。
2.2 线路板的设计
控制器采用分布智能控制电路，主机由显示板和回路板组成。两块电路板各有一块CPU控制，显示板实现浓度和探测器信息的显示功能，回路板实现探测器浓度的采集，报警故障状态的确认功能。两块电路板由CAN通讯，實现信息的交互。
2.3 屏蔽结构设计
控制器的机箱是壁挂式，交流与直流电源转换模块是安装在机箱内部，此电源为一开关电源，其自身产生的各种噪声形成一个很强的电磁干扰源。所以电源模块外部加屏蔽罩，避免其对于信号的影响。在整体结构设计中，面板结构尽量避免缝隙或者缝隙尽量小，在金属板与敏感器件之间添加有机玻璃板作为静电隔离的辅助作用。
2.4 信号线/电源线滤波
控制器的电源线上会出现传导发射电流，该干扰沿着电源线传播，可能导致主机运行异常。电源线采用磁环滤波，尽量远离各种信号电缆。在电快速瞬变脉冲群抗扰度试验中，快速瞬变信号含有很宽的频谱，很容易以共模的方式传入控制电路内，通常在通信端口及控制端口的小信号电路中，采用TVS管及相应的接地保护。并减小共模电感的分布电容、加强输入电路的共模信号滤波（加共模电容或插入损耗型的铁氧体磁环等）来提高系统的抗扰性能。
控制器信号线上电磁辐射超标时加滤波器与滤波绕线铁氧体磁环，从而减小信号线上不必要的高频成分（主要是共模的），从而减小电缆的电磁辐射，或防止电缆作为天线接收空间电磁干扰，并传导进机箱。
2.5 电路的接地方式设计
通过打磨处理机箱底部使机箱与地面接触效果增强，通过增加机壳内部电路板之间的连线和电源转换模块下滤波器与电源线及机箱的连线，来增强信号线与电源线的抗电瞬变干扰能力。
3 控制器的电磁兼容性测试
3.1 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验
评估控制器供电电源端口、信号和控制端口在受到重复的快速瞬变脉冲群干扰时的性能，验证对来自操作暂态过程（如，开断感性负荷、继电器触头弹跳等）中的各种类型瞬变扰动的抗扰性。
3.1.1 试验要求与条件
按GB 16838规定的试验方法对试样施加表1所示条件的电磁干扰试验。
3.1.2 试验设备与方法
试验设备应满足GB 16838的规定。
对交/直流电源端口的试验使用容性耦合夹。试验电压通过耦合/去耦网络施加到保护地上，内部电源模块加有绕式磁环，外部电源接线端子火线、零线与地之间加有1 000 P瓷介电容。
对其他连接线的试验，采用容性耦合夹，加有夹式磁环。
3.1.3 试验记录
试验期间观察并记录如表2所示。
3.2 静电放电抗扰度试验
检验控制器对带静电人员、物体接触造成的静电放电的适应性。试验期间，试样应保持正常监视状态。试验设备应满足GB 16838的规定。
3.2.1 试验方法
按GB 16838规定的试验方法对试样及耦合板施加表3所示条件的电磁干扰试验。试验期间观察并记录试样状态。
3.2.2 试验记录
试验期间观察并记录如表4所示。
4 控制器的电磁兼容性测试结论
该文从实际工作出发，详细介绍了有关可燃气体报警控制器的电磁兼容设计方法，该方法具有普遍意义。
设计中主要考虑控制器自身的抗外界干扰的能力差，加强在电路设计、线路板设计、屏蔽结构、信号线/电源线滤波、电路的接地方式设计的抗干扰能力。
参考文献
[1] 郑军奇.EMC电磁兼容设计与测试案例分析[M].北京：电子工业出版社，2010.
[2] 公安部沈阳消防科学研究所.GB 50116-2013火灾自动报警系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，2014.
[3] 中华人民共和国国家标准.GB 16808–2008可燃气体报警控制器[S].北京：中国标准出版社，2008.
摘 要：控制器的使用环境复杂，电磁干扰对产品的性能会产生严重的影响。因此，做好产品的电磁兼容设计，能够满足产品的报警控制要求。该文系统的分析了燃气报警控制器在使用过程中可能遇到的干扰，给出了抗干扰措施，从而提高燃气报警控制器的电磁兼容性。
关键词：报警控制器 电磁兼容 干扰分析
中图分类号：TM762.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（b）-0002-02
可燃气体报警控制器可实时检测工作场所环境中可燃气体的浓度，浓度超过所设定的报警值时，控制器发出报警信号，并提供控制输出接口。只有合理设计其电磁兼容性能，才能保障设备的报警防护功能发挥最佳性能。
1 控制器的干扰分析
1.1 电磁骚扰
电磁骚扰引起控制器浓度采集功能的可靠性下降。干扰源经过电源、信号线或控制电缆传导至控制器内部。可能导致主机复位，显示异常、甚至是误报警等问题。
1.2 共模和差模干扰
控制器电源线上的干扰有共模和差模两种方式。共模干扰存在于电源任何一相对大地或中线对大地间。共模干扰在线路传输中还会向邻近空间辐射，而差模则不会，因此，共模干扰比差模更容易造成电磁干扰。
2 控制器的电磁兼容性设计
主要设计分电路的设计、线路板的设计、屏蔽结构设计、信号线/电源线滤波、电路的接地方式设计。
2.1 电路的设计
电路设计中在电源模块与信号线传输接口增加滤波器和绕线磁环增强输入输出滤波电路的设计，同时，在主芯片和存储芯片等增加接地电容提高传输信号的抗干扰度。
2.2 线路板的设计
控制器采用分布智能控制电路，主机由显示板和回路板组成。两块电路板各有一块CPU控制，显示板实现浓度和探测器信息的显示功能，回路板实现探测器浓度的采集，报警故障状态的确认功能。两块电路板由CAN通讯，實现信息的交互。
2.3 屏蔽结构设计
控制器的机箱是壁挂式，交流与直流电源转换模块是安装在机箱内部，此电源为一开关电源，其自身产生的各种噪声形成一个很强的电磁干扰源。所以电源模块外部加屏蔽罩，避免其对于信号的影响。在整体结构设计中，面板结构尽量避免缝隙或者缝隙尽量小，在金属板与敏感器件之间添加有机玻璃板作为静电隔离的辅助作用。
2.4 信号线/电源线滤波
控制器的电源线上会出现传导发射电流，该干扰沿着电源线传播，可能导致主机运行异常。电源线采用磁环滤波，尽量远离各种信号电缆。在电快速瞬变脉冲群抗扰度试验中，快速瞬变信号含有很宽的频谱，很容易以共模的方式传入控制电路内，通常在通信端口及控制端口的小信号电路中，采用TVS管及相应的接地保护。并减小共模电感的分布电容、加强输入电路的共模信号滤波（加共模电容或插入损耗型的铁氧体磁环等）来提高系统的抗扰性能。
控制器信号线上电磁辐射超标时加滤波器与滤波绕线铁氧体磁环，从而减小信号线上不必要的高频成分（主要是共模的），从而减小电缆的电磁辐射，或防止电缆作为天线接收空间电磁干扰，并传导进机箱。
2.5 电路的接地方式设计
通过打磨处理机箱底部使机箱与地面接触效果增强，通过增加机壳内部电路板之间的连线和电源转换模块下滤波器与电源线及机箱的连线，来增强信号线与电源线的抗电瞬变干扰能力。
3 控制器的电磁兼容性测试
3.1 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验
评估控制器供电电源端口、信号和控制端口在受到重复的快速瞬变脉冲群干扰时的性能，验证对来自操作暂态过程（如，开断感性负荷、继电器触头弹跳等）中的各种类型瞬变扰动的抗扰性。
3.1.1 试验要求与条件
按GB 16838规定的试验方法对试样施加表1所示条件的电磁干扰试验。
3.1.2 试验设备与方法
试验设备应满足GB 16838的规定。
对交/直流电源端口的试验使用容性耦合夹。试验电压通过耦合/去耦网络施加到保护地上，内部电源模块加有绕式磁环，外部电源接线端子火线、零线与地之间加有1 000 P瓷介电容。
对其他连接线的试验，采用容性耦合夹，加有夹式磁环。
3.1.3 试验记录
试验期间观察并记录如表2所示。
3.2 静电放电抗扰度试验
检验控制器对带静电人员、物体接触造成的静电放电的适应性。试验期间，试样应保持正常监视状态。试验设备应满足GB 16838的规定。
3.2.1 试验方法
按GB 16838规定的试验方法对试样及耦合板施加表3所示条件的电磁干扰试验。试验期间观察并记录试样状态。
3.2.2 试验记录
试验期间观察并记录如表4所示。
4 控制器的电磁兼容性测试结论
该文从实际工作出发，详细介绍了有关可燃气体报警控制器的电磁兼容设计方法，该方法具有普遍意义。
设计中主要考虑控制器自身的抗外界干扰的能力差，加强在电路设计、线路板设计、屏蔽结构、信号线/电源线滤波、电路的接地方式设计的抗干扰能力。
参考文献
[1] 郑军奇.EMC电磁兼容设计与测试案例分析[M].北京：电子工业出版社，2010.
[2] 公安部沈阳消防科学研究所.GB 50116-2013火灾自动报警系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，2014.
[3] 中华人民共和国国家标准.GB 16808–2008可燃气体报警控制器[S].北京：中国标准出版社，2008.