EFT干扰对发射机稳定性的影响

王耕，谢宇

（国家广电总局726台，云南 宣威 655400）

1 引言

瞬态干扰是时间短、幅度大、频谱宽的电磁干扰类型，它对电子设备稳定性的影响极大。在实际工作中，我们经常遇到的瞬态干扰主要有3种，即电快速瞬变脉冲群（EFT：Electrical Fast Transient）、 浪涌（SURGE）和静电放电（ESD：Electrostatic Discharge）。在广播发射机的运行维护工作中，应当重视EFT干扰的影响。它很容易造成发射机运行不稳定，严重时将导致播出事故的发生。对发射机稳定运行造成不良影响的、较为常见的一类EFT干扰是伴随振动产生的间歇式触点作用。本文将结合设备的运行维护情况，以EFT造成的发射机故障为例，对高频电磁环境中的EFT干扰进行探讨，请各位同行指正。

2 EFT干扰产生的原理

在电感性负载电路中，如图1所示，根据楞次定律和电路的暂态分析，当开关K断开时，由于电感上的电流不能突变，所以，为了维持这个电流，电感上会产生一个反向电动势，即：

式中：φ——电感中的磁通（T·m）；

L——电感（H）；

i——电感中的电流（A）。

由于电感中存在着寄生电容C，反向电动势便对寄生电容C反向充电。同时，触点上的电压随充电电压的升高而升高。当电压升高到一定程度时，就将触点击穿，形成导电通路。由于导电通路的形成，寄生电容C就开始放电，电压开始下降；当电压低于维持触点空气导通的电压时，导电通路断开，反向电动势再次对寄生电容C充电，重复上述过程。随着触点之间的距离增加，电容上的电压不能将触点击穿时，这个过程结束。

图1 感性负载断开时产生的EFT干扰

当由触点击穿而形成的导电通路断开时，电容C将通过电感回路放电，直到电感中的能量被耗尽为止。

由于触点断开的距离增大，击穿触点所需要的电压必然增加，电容上的电压便相应地增高，从而使电容充电时间增长，振荡波形的频率降低，如图1（b）所示。

电容C每次击穿触点向电源回路反向放电时，就会在电源回路产生很大的脉冲电流。由于电源阻抗的存在，脉冲电流就会在电源两端形成脉冲电压，从而对共用该电源的其它电路造成影响。

由于击穿电压的上升时间在纳秒级，因此干扰的带宽可达数百MHz。

通过上述分析可见，无论触点断开还是接通，在触点之间都会产生电击穿现象。这种电击穿在触点似接触而非接触的时候产生。当触点之间的距离逐渐减小，即触点逐渐靠近时，电击穿现象一直维持到触点闭合；当触点之间的距离逐渐增大时，电击穿现象一直维持到无法满足击穿条件为止。电感负载开关系统断开时，在断开点处将产生瞬态干扰（EFT），并且这种干扰由大量脉冲组成。

在实际工作中，应当关注两种开关触点被击穿导通的现象：一种是辉光放电；一种是弧光放电。

a）辉光放电

当加在两个触点间的电场强度足够大时，触点之间的气体开始电离，就会在触点之间产生一种能自行维持的辉光放电，这种现象也被称作汤森放电（Townsend Discharge）。激发气体电离的电压被称为起辉电压，起辉电压是气体、气体压力和触点之间距离的函数。

由如图2所示的辉光放电电压与触点间距离之间的关系可见，在标准大气压和标准温度下的空气，当触点间距为0.08 mm时，其起辉电压大约为320 V，即只需320 V电压便可以激发一次辉光放电。当气隙长度越长或者越短，触点间距增加或减小时，激发辉光放电的电压就会增高。

气体发生电离以后，只需要较低的维持电压就能维持气体的电离状态。在空气中，维持电压大约为300 V。由图2可见，维持电压为常数，即说明维持电压与触点间的距离无关。另外，为了维持辉光放电，还需要一个通常为几毫安的最小电流值。

图2 辉光放电电压与触点间距的关系

辉光放电的特征是具有较高的电压和较小的电流。

b）弧光放电

弧光放电是由电场感应的电子发射而引发的。在金属中，有些电子的速度足够高，可以逸出金属表面。而在通常情况下，它们很快就会被自己产生的电场拉回到金属表面。但如果有一个外加电场能够克服这个拉回逸出电子的场，那么逸出的电子就可以克服拉力而逸出金属表面，成为空间的自由电子。产生这种电子发射所需要的电压梯度一般为0.5 MV/cm，即触点间距为1cm时，电压变化为5 V。

由图3所示的弧光放电可见，在外界电场的作用下，电子从阴极射向阳极。最大电压梯度值在阴极的最高凸出部位，是发射电子的电子源。电子流穿过触点间隙轰击阳极。由于局部电流很大，产生功率损耗，从而使得触点局部在短时间内温升很快，造成金属汽化。一旦出现金属汽化，就会在触点之间形成一个导电性的金属气体桥。即使此时的电压梯度小于产生弧光放电的电压梯度，弧光放电也可以继续维持。弧光放电的特征是电压不高，电流增大的两极间电压反而下降，有强烈的光辉。

一旦发生了弧光放电，形成金属气体桥，只要有足够高的外界电压克服阴极电位，并且有足够的电流使阴极或者阳极的金属汽化，弧光放电就能够维持。维持电压一般为10～30 V，维持电流一般为1 A。气体金属桥上流过的电流取决于电源电压和电路阻抗。

弧光放电的特征是具有较低的电压和较大的电流。

3 EFT干扰对发射机稳定性的影响分析

3.1 故障举例

下面，举例说明EFT干扰对广播发射机稳定运行造成的不良影响。

使用螺丝搭接是在广播发射机中最常用的搭接手段之一，而这种搭接也容易产生搭接不良的现象。当因螺丝搭接不良时，极易产生EFT电磁干扰，造成元器件损坏或性能下降，严重时甚至导致播出事故的发生。故障产生的原因通常为综合因素，但通过梳理，我们可以分析出其主要原因。

a）故障现象

检修中发现DX-600中波发射机的PB模式控制接口板（PB MODE CONTROL INTERFACE BD）的固定螺丝烧，板卡的4个安装孔位置被烧坏，重则露出覆铜。如果不及时处理，该板卡失效后将使发射机不能正常运行，影响安全传输发射。

b）故障分析

DX-600中波发射机合成器系统的PB模式控制接口板共有两块，分别被安装在并机柜A2上方的中间前后机箱，其安装结构如图4所示。

由于板卡处于强电磁场环境，为了防止高频干扰，在板卡上使用了开孔的屏蔽罩对高频进行屏蔽，并用4颗螺丝穿过板卡安装孔固定于机柜壁，构成了一个干扰源在屏蔽体外部的被动屏蔽结构。

在正常情况下，板卡固定螺丝紧固，搭接电阻很小，高频能量可被迅速地泄放到地，不会对板卡造成不良的影响。而当机器运行产生的振动造成固定螺丝松动时，原来良好的电气低阻抗路径被阻断，高频能量便不能通过屏蔽体被有效地泄放，形成如图5所示的电路。

图3 弧光放电

图4 PB模式控制接口板安装结构

图5（a）为螺丝紧固时的等效电路，因为螺丝紧固，形成的搭接电阻很小，可以忽略不计，高频能量便被有效地泄放到地。图5（b）为螺丝松动后的等效电路，由于固定螺丝松动，形成搭接阻抗，高频能量不能被迅速、有效地泄放，并在搭接阻抗上产生压降，从而对板卡产生不良的影响，致使板卡烧坏。由于发射机在运行当中产生的振动，使固定螺丝伴随振动而产生了间歇式触点作用，导致电击穿，加速了板卡的烧损。另外，由于螺丝松动的程度不同，使得搭接阻抗大小不同，电击穿的程度不同，势必导致板卡的4个安装孔位置被烧坏的程度不一致。

图5 螺丝松动前后的等效电路

综上所述，造成PB模式控制接口板损坏的原因为：

1）固定螺丝松动，产生搭接阻抗；

2）伴随机器在运行中的振动，在搭接点处产生了间歇式触点作用，加快了板卡的烧坏；

3）螺丝松动程度不一致，搭接阻抗大小不同，高频能量在其上产生的压降不同，间歇式触点作用的程度不同，使得板卡固定位置烧坏的程度不同。

3.2 预防措施

由于常见的触点保护方案在很多技术资料中都有详细的分析，这里就不再赘述。为了避免发射机中这一类特殊的EFT干扰对设备稳定运行造成的不良影响，应采取如下措施：

1）制定检修周期，定期对发射机所有的搭接部位进行检查，保证搭接部位接触良好，压接密实；

2）对易以伴随振动而产生EFT干扰的部位，对其固定件进行可靠性处理，例如：对螺丝紧固、增加弹簧垫片、甚至可将原用的螺丝加大等措施。

4 结束语

由于EFT干扰具有时间短而幅度大的特点，它对发射机的稳定运行将造成不良的影响，在技术维护工作中应当采取措施加强对它的防护，从而保证安全传输发射的顺利进行。

[1]王耕.大功率广播发射机的地线干扰与抑制[J].电子产品可靠性与环境试验，2009，27（4）：54-58.

[2]杨克俊.电磁兼容原理与设计技术[M].北京：人民邮电出版社，2004.