一种抑制发电机控制器电场辐射敏感度项目超标的电路的制作方法

本技术涉及电学领域，具体涉及一种抑制发电机控制器电场辐射敏感度项目超标的电路。

背景技术：

1、针对现阶段航空高压直流电源系统，机上用电设备负载种类的不断增多、用电设备功率级别的不断提高，机上电网中存在高频谐波、短时高能脉冲等系统瞬态电磁过程的可能性显著增加，对高压直流电源系统在复杂电磁环境下工作可靠性、电磁兼容性能提出了更严苛要求。现有航空高压直流电源系统在具有较高能量的电磁场环境下，发电机控制器易受到外部环境干扰触发对系统的误?；?。特别是针对电场辐射敏感度项目，即rs103项目，在多频段内系统均存在干扰问题。高压直流电源系统迫切存在进一步提升电磁兼容性能设计裕度的需求。

2、目前，针对电子设备开展的电磁兼容性设计，主要从控制干扰源的电磁发射、抑制电磁干扰传播途径和增强敏感部件的抗干扰能力着手。发电机控制器作为高压直流电源系统电磁兼容的薄弱环节，通过在产品内部加装电磁干扰(electromagnetic?interference，emi)滤波器，来改善电子设备的电磁兼容性，使其满足相应标准要求。但是专用emi滤波器组件的设计，不仅研制周期长，而且采购费用高。另外，外购的滤波器组件在电路设计、器件选用及组装装配过程中，各滤波器厂家的设计水平、质量监管体系良莠不齐，直接影响电子设备类产品功能和性能的发挥。

3、以某型高压直流发电机控制器产品为例，该控制器滤波电路主要由模拟量输入滤波处理电路、离散量输入滤波处理电路、输出控制?？槁瞬ù淼缏泛屯ㄐ拍？槁瞬ù淼缏纷槌?。其中，模拟量输入信号主要包括永磁机信号、励磁机信号、发电机敏感电压信号、发电机整流桥信号、传感器信号及发电机油温信号等；离散量输入信号主要包括高/开量信号和地/开量信号，高/开量信号包括发动机转速信号、发电机开关信号、发电机开关输出信号、断线检测信号、主接触器指令输出信号；地/开量信号包括油位高和油位低检测信号、油压检测信号、轮载信号、过压检测信号、主接触器辅助触点输入信号、逻辑控制数字输入和输出信号。发电机控制器内部交联框图如图1所示。

4、以该控制器产品为平台，申请人通过多次电磁兼容分析试验发现，采用早期高压直流电源系统滤波组件，在进行rs103项目试验时，当场强为200v/m，频段为(20m－100m)hz，差动电流会在(80m－90m)hz上跳至(28－29)a，电压会在(88m－90m)hz摆动(120－300)v，在92mhz电压摆动(0－300)v，rs103试验检测结果不满足gjb?151b－2013要求。

5、根据图1可知，造成高压直流发电机控制器rs103不合格的原因与发电机控制器输出控制?？楹屯ㄐ拍？槲薰?，与模拟量输入滤波处理电路和离散量输入滤波处理电路有关。模拟量处理部分主要完成高压直流发电机控制器模拟量信号的调理与保持，实现模拟输入信号的分压与电平转换、滤波与放大、信号峰值保持与泄放。离散量处理部分主要完成高压直流发电机控制器离散量信号的调理和输出控制信号的驱动，实现了对高/开离散信号、地/开离散信号的采样。

6、通过进一步分析，现阶段航空高压直流电源系统存在以下缺点：

7、a)早期滤波电路结构设计不当

8、滤波板安装在前面板上，电源板上产生的干扰可以通过空间直接耦合到滤波板外侧，辐射到控制器外部，造成电磁兼容性超标。同样外部电磁干扰也可沿电源线未经过滤波器而是通过空间耦合到传感器线路上，对发电机传感器采样电路和其它采样电路产生一定的影响。此外，连接器及导线布局也存在造成rs103敏感的因素。

9、b)传感器信号没有做滤波处理

10、电流传感器一般安装在控制器机箱以外，来自传感器的信号十分微弱，当干扰信号大到一定程度时(如rs103试验时干扰场强在200v/m时)，可能导致采样电路和放大器的工作范围脱离线性区，使共模抑制失效而敏感。

11、c)滤波电路参数设置不合理

12、对复杂电路仅进行了一次滤波处理，滤波不够充分，仍有大量电磁干扰信号耦合到其他电路，导致滤波效果不够好。

技术实现思路

1、为解决某高压直流发电机控制器在高电压、大功率负载工作状态下，存在rs103试验项目超标，发电机控制器产品易受电磁干扰影响的技术问题。本发明提出了一种抑制发电机控制器电场辐射敏感度项目超标的电路。该方法通过优化滤波电路结构设计，对关键输入信号增加滤波处理，并适应性调整滤波电路参数，有效提高了电器产品的电磁兼容性，增强了发电机控制器抗电磁干扰的能力，使高压直流电源系统在复杂电磁环境下的可靠性和环境适应性得到明显提升，满足了系统的使用要求。

2、技术方案：一种抑制发电机控制器电场辐射敏感度项目超标的电路，所述电路包括模拟量滤波电路和离散量滤波电路，其中：

3、模拟量滤波电路包括第一级模拟量滤波电路和第二级模拟量滤波电路，所述第一级模拟量滤波电路为tvs二级管和共模电容的并联电路，所述第二级模拟量滤波电路为共模电感及差模电容滤波电路和共模电容滤波电路；tvs二级管与共模电容并联的输入端与模拟量输入信号连接，tvs二级管与共模电容并联的输出端接地；经过第一级模拟量滤波电路输出的模拟量信号与共模电感及差模电容滤波电路的输入端连接，共模电感及差模电容滤波电路的输出端与共模电容滤波电路连接；

4、离散量滤波电路包括第一级离散量滤波电路、第二级离散量滤波电路和第三级离散量滤波电路，所述第一级离散量滤波电路为tvs二级管和共模电容的并联电路，所述第二级离散量滤波电路为共模电感和共模电容滤波电路，所述第三级离散量滤波电路为t型滤波电路；tvs二级管与共模电容并联的输入端与离散量输入信号连接，tvs二级管与共模电容并联的输出端接地；经过第一级离散量滤波电路输出的离散量信号与共模电感及共模电容滤波电路的输入端连接，共模电感及共模电容滤波电路的输出端与t型滤波电路连接。

5、进一步的，模拟量滤波电路包括发电机互感器采样信号电路和线路互感器采样信号电路，所述发电机互感器采样信号电路包括tvs二级管v13、tvs二级管v14、共模电容c30、共模电容c31、共模电感l18、差模电容c34、共模电容c36和共模电容c37；所述线路互感器采样信号电路包括tvs二级管v15、tvs二级管v16、共模电容c32、共模电容c33、共模电感l19、差模电容c35、共模电容c38和共模电容c39。

6、进一步的，tvs二级管v13的阴极、tvs二级管v14的阴极及共模电容c30的一端、共模电容c31的一端与发电机互感器的输入信号xgct＿in连接，tvs二级管v13的阳极、tvs二级管v14的阳极及共模电容c30的另一端、共模电容c31的另一端与发电机互感器的地xgct＿gnd连接；经第一级模拟量滤波电路输出的发电机互感器信号与共模电感l18输入端的一端连接，经第一级模拟量滤波电路输出的发电机互感器地与共模电感l18输入端的另一端连接，共模电感l18输出端的一端接差模电容c34的一端，共模电感l18输出端的另一端接差模电容c34的另一端；共模电容c36的一端接发电机互感器输出信号xgctin，共模电容c36的另一端接外壳地xmgnd，共模电容c37的一端接发电机互感器的地xgctgnd，共模电容c37的另一端接外壳地xmgnd；

7、tvs二级管v15的阴极及共模电容c32的一端与线路互感器的输入信号xlct＿in连接，tvs二级管v16的阴极及共模电容c33的一端与线路互感器的地xlct＿gnd连接，tvs二级管v15的阳极、tvs二级管v16的阳极及共模电容c32的另一端、共模电容c33的另一端与外壳地连接；经第一级离散量滤波电路输出的线路互感器信号与共模电感l19输入端的一端连接，经第一级离散量滤波电路输出的线路互感器地与共模电感l19输入端的另一端连接，共模电感l19输出端的一端接差模电容c35的一端，共模电感l19输出端的另一端接差模电容c35的另一端；共模电容c38的一端接线路互感器输出信号xlctin，共模电容c38的另一端接外壳地，共模电容c39的一端接线路互感器的地xlctgnd，共模电容c39的另一端接外壳地。

8、进一步的，模拟量滤波电路的工作原理为：

9、模拟量输入信号通过发电机控制器前面板进入控制器后，首先经过tvs二极管进行防雷?；?，再经过共模电容进行一次低阻泄放，降低进入后端采样电路的共模电流量值；其次在共模电容后面增加共模电感及差模电容滤波电路，通过共模扼流圈的共模磁路来抵消电流输入正线和输入地线中所包含的高频共模干扰信号，通过差模电容实现对输入电流信号低、中频段干扰信号的抑制，使其难以进入并影响到后级电路；最后通过差模电容查漏补缺，把前级没有滤除干净的干扰信号滤除干净。

10、进一步的，离散量滤波电路包括tvs二级管v1、tvs二级管v2、共模电容c1、共模电容c2、共模电感l1、共模电容c3、共模电容c4、电感l2、电容c5和电感l3。

11、进一步的，tvs二级管v1的阴极及共模电容c1的一端与轮载信号xwow1连接，tvs二级管v2的阴极及共模电容c2的一端与轮载信号xwow2连接，tvs二级管v1的阳极、tvs二级管v2的阳极及共模电容c1的另一端、共模电容c2的另一端与外壳地连接；经第一级离散量滤波电路输出的轮载信号xwow1与共模电感l1输入端的一端连接，经第一级离散量滤波电路输出的轮载信号xwow2与共模电感l1输入端的另一端连接，共模电感l1输出端的一端接共模电容c3的一端及电感l2的一端，共模电感l1输出端的另一端接共模电容c4的一端；共模电容c3的另一端及共模电容c4的另一端接外壳地；电感l2的另一端接电感l3的一端及电容c5的一端，电感l3的另一端接轮载输出信号wow1，电容c5的另一端接轮载输出信号wow2；

12、进一步的，共模滤波器的截止频率为干扰信号的1/10倍；

13、滤波电容的选用原则为c≥2.5t/r，其中：c为滤波电容，单位为uf；t为频率，单位为hz；r为负载电阻，单位为ω；

14、确定电容c1－c4的容值以后，根据公式确定共模扼流圈l1的电感量。

15、进一步的，离散量滤波电路的工作原理为：

16、离散量输入信号通过发电机控制器前面板进入控制器后，首先经过tvs二极管进行防雷?；?，并通过共模电容为共模干扰信号提供一次对地的低阻泄放，减少进入后端电路的共模电流量值；其次在滤波电路中使用铁氧体磁环共模电感器和共模电容来消除或减弱高频干扰，铁氧体磁环对高频信号的涡流损耗，把高频成分转化为热损耗，以达到对高频成分的吸收作用；最后通过t型滤波电路对高频信号进行再次泄放，实现对高频信号的滤波作用，允许低频信号通过。

17、综上所述，本发明提供一种抑制发电机控制器电场辐射敏感度项目超标的电路，在原有发电机控制器滤波电路设计的基础上，通过在电缆连接接口位置设计共模电流旁路通道，增加铁氧体磁环共模扼流圈，级联滤波电容，并适应性地调整了滤波参数，从而使高压直流电源系统增强了抗干扰能力，能够在gjb?151b－2013中表17(10khz－40ghz)规定的电磁环境下，发电机控制器正常工作，对施加的外部干扰信号不敏感，高压直流加载电源系统未出现误?；ざ?，rs103试验检测结果满足gjb?151b－2013要求。此次针对电磁兼容rs103试验项目开展的滤波组件滤波电路的优化设计，使控制器通过了rs103电磁兼容性试验项目的考核，显著提高了控制器抗辐射干扰的能力，增强了控制器在机上复杂电磁环境下的工作可靠性，同时为提高航空高压直流电源系统电磁兼容性能提供了一种稳定可靠的设计方法。