一种电力系统中磁隔离通信设备的辐射发射的抑制方法

摘要

本发明提供一种电力系统中磁隔离通信设备的辐射发射的抑制方法，包括以下步骤：将磁隔离通信设备中的辐射发射分为输入至输出的偶极子辐射和边缘辐射；采用板级埋入式拼接电容法抑制输入至输出的偶极子辐射；采用过孔护栏边缘保护法抑制边缘辐射。本发明提供的方法成本低、易实现，形成的电容寄生电感值小，能显著降低系统中磁隔离通信设备的辐射发射，保证了智能电网建设中通信系统的稳定可靠，具有实际工程应用价值。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统通信技术领域，具体涉及一种电力系统中磁隔离通信设备的辐射发 射的抑制方法。

背景技术

随着智能电网的建设，对电力系统中通信功能的要求越来越严格。由于电力系统的环境 一般较为恶劣，势必要求系统中的通信设备采用磁隔离系统，以保证设备的正常工作，而由 此产生的辐射发射问题也比较突出。为了保证一个设备的辐射发射不对其它设备产生影响， 根据行业标准，要求所有设备的辐射发射性必须满足FCC CLASS B的要求。降低辐射发射 的方法有很多，如采用旁路电容、将设备放置在密封的接地机箱中、印刷电路板地层和边缘 处增加特殊的防护、降低系统功耗等，但这些方法的效果都不是很显著，加上有些实现方法 增加了成本且实际操作起来难度比较大，不具有实际应用价值。于是需要一种低成本、易实 现、效果好的处理方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种电力系统中磁隔离通信设备的辐射发射 的抑制方法，通过搭建板级拼接电容法和过孔护栏边缘保护法，显著的降低了设备的对外辐 射发射，成本低，易实现。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

提供一种电力系统中磁隔离通信设备的辐射发射的抑制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：将磁隔离通信设备中的辐射发射分为输入至输出的偶极子辐射和边缘辐射；

步骤2：采用板级埋入式拼接电容法抑制输入至输出的偶极子辐射；

步骤3：采用过孔护栏边缘保护法抑制边缘辐射。

所述步骤1中，当驱动电流源通过接地层之间的间隙时，即产生输入至输出的偶极子辐 射。

当非预期的电流到达接地层和电源层的边缘时产生边缘辐射；非预期的电流源自以下三 个方面：

1）电源旁路不充分所产生的接地和电源噪声；

2）感性过孔所产生的圆柱形辐射磁场，它在电路板各层之间辐射，最终在电路板边缘会 和；

3）承载高频信号的带状线镜像电荷电流与电路板边缘靠的太近，各种来源产生的差分噪 声在电路板边缘会合时，便会产生边缘辐射。

所述步骤2包括以下步骤：

步骤2-1：采用印刷电路板板级拼接电容，通过实际测试和经验估算板级拼接电容的容值 C；

步骤2-2：根据印刷电路板的层叠结构，确定所要搭建板级电容的层和地层的位置，从而 确定地层与放置铜皮层之间的距离d；

步骤2-3：确定印制电路板所用的材质，从而确定介电常量ε_r

步骤2-4：计算板上埋入式铜皮与隔离栅两侧上的局部接地层的总交叠面积A；有

C＝(A*ε*ε_r)÷(4*d)   （1）

其中，ε为真空介电常量，且ε=8.854*10^-12法拉/米；通过式（1）即可计算板上埋入式铜 皮与隔离栅两侧上的局部接地层的总交叠面积A。

印制电路板所用的材质包括fr-4，fr-2，G-10和GEM-1等。

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：制作内直径为10-20密耳，外直径为20-40密耳的过孔；

步骤3-2：将过孔放置在距离的板边缘处约5-10毫米，间距为2-3毫米过孔的网络为信 号地；

步骤3-3：将过孔用线宽为20-40密耳的走线连接。

所述抑制方法用于串口服务器设备，所述串口服务器设备包括中央处理器模块、隔离串 口模块和网口模块；中央处理器模块进行串口数据和网络报文的互相解析和转发；所述隔离 串口模块是进行接口电平转换，并实现物理上的隔离，以屏蔽外界的干扰；所述网口模块对 以太网数据进行收发，同时采用网络变压器隔离干扰。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明采用了板级埋入式拼接电容法和过孔 护栏边缘保护法，该方法成本低、易实现，形成的电容寄生电感值小，能显著降低系统中磁 隔离通信设备的辐射发射，保证了智能电网建设中通信系统的稳定可靠，具有实际工程应用 价值。

附图说明

图1是本发明实施例中板级埋入式拼接电容法的拼接电容所在印刷电路板层的正视示意 图；

图2是本发明实施例中板级埋入式拼接电容法的拼接电容的印刷电路板的顶层示意图；

图3是本发明实施例中边缘保护法的印刷电路板的正视示意图；

图4是本发明实施例中边缘保护法的印刷电路板的侧视示意图；

图5是本发明实施例中串口服务器设备结构示意图；

图6是未采用本发明所提供的磁隔离通信设备的辐射发射的抑制方法处理的系统实验结 构示意图；

图7是采用本发明所提供的磁隔离通信设备的辐射发射的抑制方法处理的系统实验结构 示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

提供一种电力系统中磁隔离通信设备的辐射发射的抑制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：将磁隔离通信设备中的辐射发射分为输入至输出的偶极子辐射和边缘辐射；

步骤2：采用板级埋入式拼接电容法抑制输入至输出的偶极子辐射；

步骤3：采用过孔护栏边缘保护法抑制边缘辐射。

所述步骤1中，当驱动电流源通过接地层之间的间隙时，即产生输入至输出的偶极子辐 射。在磁隔离电源系统中，与电源信号相关的高频镜像电荷无法跨越边界，导致间隙上出现 差分信号，从而形成偶极子天线。在许多情况下，这是一个非常大的偶极子。当高频信号线 路跨过接地层和电源层中的间隙时，也会产生辐射。这类辐射多数是与接地层垂直。

当非预期的电流到达接地层和电源层的边缘时产生边缘辐射；非预期的电流源自以下三 个方面：

1）电源旁路不充分所产生的接地和电源噪声；

2）感性过孔所产生的圆柱形辐射磁场，它在电路板各层之间辐射，最终在电路板边缘会 和；

3）承载高频信号的带状线镜像电荷电流与电路板边缘靠的太近，各种来源产生的差分噪 声在电路板边缘会合时，便会产生边缘辐射。

如图1和图2，采用板级埋入式拼接电容法抑制输入至输出的偶极子辐射，步骤2具体 包括以下步骤：

步骤2-1：采用印刷电路板板级拼接电容，通过实际测试和经验估算板级拼接电容的容值 C；

步骤2-2：根据印刷电路板的层叠结构，确定所要搭建板级电容的层和地层的位置，从而 确定地层与放置铜皮层之间的距离d；

步骤2-3：确定印制电路板所用的材质，从而确定介电常量ε_r

步骤2-4：计算板上埋入式铜皮与隔离栅两侧上的局部接地层的总交叠面积A；有

C＝(A*ε*ε_r)÷(4*d)      （1）

其中，ε为真空介电常量，且ε=8.854*10^-12法拉/米；通过式（1）即可计算板上埋入式铜 皮与隔离栅两侧上的局部接地层的总交叠面积A。

印制电路板所用的材质包括fr-4，fr-2，G-10和GEM-1等。

如图3和图4，采用过孔护栏边缘保护法抑制边缘辐射，步骤3具体包括以下步骤：

步骤3-1：制作内直径为10密耳，外直径为20密耳的过孔；

步骤3-2：将过孔放置在距离的板边缘处约5毫米，间距为2毫米过孔的网络为信号地；

步骤3-3：将过孔用线宽为20密耳的走线连接。

所述抑制方法用于串口服务器设备，如图5，所述串口服务器设备包括中央处理器模块、 隔离串口模块和网口模块；中央处理器模块进行串口数据和网络报文的互相解析和转发；所 述隔离串口模块是进行接口电平转换，并实现物理上的隔离，以屏蔽外界的干扰；所述网口 模块对以太网数据进行收发，同时采用网络变压器隔离干扰。

图6为未采用本发明所提供的磁隔离通信设备的辐射发射的抑制方法处理的系统实验结 构示意图，本发明通过设计串口服务器设备，在该设备中采用了上述两种保护方法，有效降 低了电力系统中磁隔离通信设备对外的辐射发射，整体试验效果如图7。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照 上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本 发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等 同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。