继电器电磁干扰的分析及抑制

摘要：本文主要介绍了对电气设备中继电器及其开关触点干扰抑制的机理，提出了抑制干扰的有效措施。

关键词：继电器电磁干扰分析抑制

1前言

随着科学技术的飞速发展，电子、电力电子、电气设备应用越来越广泛，它们在运行过程中会产生较强的电磁干扰和谐波干扰。其中，电磁干扰具有很宽的频率范围（从几百Hz 到MHz），又有一定的幅度，经过传导和辐射会污染电磁环境，对电子设备造成干扰，有时甚至危及操作人员的安全。特别是大功率中、短波广播发射中心，其周围电磁环境尤为复杂，要想保证设备安全稳定运行，电子设备及电源必须具有更高的电磁兼容性。

2电磁干扰的抑制

电磁干扰EMI(Electromagnetic Interference)是指由无用信号或电磁骚扰（噪声）对有用电磁信号的接收或传输所造成的损害。一个系统或系统内，某一线路受到电磁干扰的程度可以表示为如下关系式：

N=G×C/I

其中：G为噪声源强度；

I为受干扰电路的敏感程度；

C为噪声通过某种途径传导受干扰处的耦合因素。

从上式可以看出，电磁干扰抑制的技术就是围绕这三个要素所采取的各种措施，归纳起来就是：

（1）抑制电磁干扰源；

（2）切断电磁干扰耦合途径；

（3）降低电磁敏感装置的敏感性。

2.1抑制电磁干扰源

首先必须确定干扰源在何处，越靠近干扰源的地方采取措施抑制效果越好，一般来说，电流电压瞬变的地方（即di/dt或du/dt）即是干扰源，如：继电器开合、电容充放电、电机运转、集成电路开关工作等都可能成为干扰源。另外，市电并非理想的50Hz正弦波，其中充满各种频率噪声，也是不可忽视的干扰源。

抑制干扰源就是尽可能的减小di/dt或du/dt，这是抗干扰设计时最优先和最重要的原则。减小di/dt的干扰源，主要是在干扰回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现；减小du/dt的干扰源，则是通过在干扰源两端并联电容来实现。

抑制方法通常采用低噪声电路、瞬态抑制电路、稳压电路等，所选用的器件应尽可能采用低噪声、高频特性好、稳定性高的电子元件，特别要注意，抑制电路中不适当的器件选择可能会产生新的干扰源。

2.2切断电磁干扰耦合的途径

电磁干扰耦合途径主要包括传导和辐射两种。

所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰，抑制传导干扰主要是通过在导线上增加滤波器的方法切断干扰源，有时也可加隔离光耦来解决。滤波器分为低通（LPF）、高通（HPF）、带阻（BEF）、带通（BPF）等四种，可根据信号与噪声频率的差别选择不同类型的滤波器，对于要求较高的设备，则必须采用穿心滤波器。

辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰，对于辐射干扰，主要是采用屏蔽技术和分层技术。屏蔽技术是一门科学，选择合适的屏蔽材料，在适当的位置进行屏蔽，对于屏蔽效果至关重要，尤其是屏蔽室的设计。可供选择的屏蔽材料种类繁多，有各种金属板、铜丝网、导电橡胶、导电胶、导电玻璃等等，应根据需要进行选择。屏蔽室的设计应充分考虑门窗、通风口、进出线口的屏蔽与搭接，除静电屏蔽外，还应考虑磁屏蔽及接地。

2.3降低电磁敏感装置的灵敏度

电磁敏感装置的灵敏度本身具有矛盾的双重性，一方面，人们希望电磁敏感装置灵敏度高一些，以提高对信号的接收能力；另一方面，其灵敏度越高，受噪声影响的可能性也就越大。因此，应根据具体情况，采用降额设计、屏蔽设计、网络钝化、功能钝化等方法使问题得到解决。

电磁干扰抑制方法很多，可以选择一种或多种综合应用，但不论选择什么方法，都应从设计之初就着手系统电磁兼容性的考虑。

3继电器及其开关触点干扰的抑制

继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子等设备中，是最重要的控制元件之一。继电器的开合本身所产生的电磁干扰是绝对不能忽视的，为保证各种设备的安全稳定运行，对继电器及其开关触点电磁干扰的抑制尤为重要。

3.1继电器线圈瞬变干扰的抑制

继电器线圈（以直流继电器为例）是感性负载，在电源断电瞬间会产生瞬变电压，有时高达几kV，如此高的电压足以损坏相关元器件；不仅如此，由于其含有丰富的谐波，可通过线路间的分布电容、绝缘电阻侵入控制系统，导致误动作。为防止元器件损坏、电路误动作等，就必须采取抑制措施，由于断路产生的瞬变电压能量大、频谱宽，仅仅采用滤波或隔离措施难以凑效，抑制瞬变干扰，通常采用如下几种常见的方式：

（1）并联电阻

图1为并联电阻抑制瞬变干扰电路，在图1中，K为电路的控制开关，L为继电器线圈的电感。该抑制电路的关键是正确选择所并联的电阻值，阻值过大起不了作用，过小增加功耗，且易烧坏开关触点。例如，48V直流继电器以并联1kΩ/5W 电阻为宜，连接不必考虑电源的极性。

图1并联电阻方式

（2）并联二极管

图2为并联二极管抑制瞬变干扰电路，电源与二极管极性的相对关系不可任意改变。采用这种方式，能量损耗小，瞬变电压低，但是该种方式延长了放电时间，导致继电器线包延时释放，降低了动态响应性能。二极管峰值耐压应为负载电压的3倍以上。

图2并联二极管方式

（3）并联RC支路

并联RC支路如图3所示。该种方式抑制效果好，但使用元器件较多，R、C数值的选择与线圈的电感及内阻有关，与电源极性无关，通常R在10～100Ω之间，C在0.1～0.5μF 之间，选用无极性电容器，且其耐压应高于电源电压的峰值。

图3并联RC支路方式

（4）其他方式

另外，还有并联电阻+二极管支路方式（如图4所示）和并联双向二极管或稳压管方式（如图5所示）。并联电阻+二极管支路方式中，电源与二极管的极性不能颠倒，采用这种方式能减少释放时间，提高动态特性。并联双向稳压二极管方式不必考虑电源极性，延迟时间短，但必须保证稳压二极管的耐压至少是电源电