计算机系统的卫士——电源滤波器

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计算机系统的干扰噪声包括外部噪声和内部噪声。由于内部噪声在系统设计时可以得到控制(如在设计印制板、电缆布局等时),因此本文重点介绍外部噪声的克服。

外部噪声在系统中的“登陆点”主要集中在电源(电网传导)和高阻抗的信号检测线(电磁辐射)等处,因此在电源进线上加装低通滤波器(LPF)就显得格外重要。

图1所示是轮胎布切割控制装置。光码盘的转动与传送带同步,布长的测量用光脉冲计数代替。按照常规为TP801单权机电源加了低通德波器LPF。然而该系统工作还是不可靠,每当割刀电机启动时,计数脉冲就会出错。原来,在光脉冲检测接收电路(如图2所示)中,3DU5接收到的红外光脉冲送入由六反相门(C033 A)的施密特整形电路(门1、门2)中,由于C033A的直流电源直接接在电网中,电机启动等干扰信号就会通过电源干扰施密特电路,使其产生假计数脉冲送出。解决办法是,在图1中再加一个低通滤波器LPF\(_{2}\)。

图1
图1 🔍原图 (623×447)
图2
图2 🔍原图 (781×358)

计算机系统敏感的电磁干扰分布在几十kHz~几十MHz范围内,因此,低通滤波器频率特性决定系统的抗干扰能力。图3给出两种滤波器 (DL—5型和LPF—135型)特性的对比。其中DL—5型滤波器在12kHz、17kHz、35MHz、50MHz和150MHz等处存在着干扰信号容易通过的“窗口”,此处衰减只有20~30dB,每逢有电机开关等干扰信号时,计算机仍会出现保护性停机现象。DL—5型滤波器电原理图见图4,它由两个铁心线圈构成滤波电感,由于线圈匝间电容较大;同时大容量纸介电容(卷式)寄生电感较大,对高频干扰的旁路作用不够好,这些都会使高频干扰通过。

图3
图3 🔍原图 (1086×309)

针对DL—5型滤波器上述缺点,我们设计的LPF—135型滤波器特性曲线就比较平坦,见图5,从30kHz到100MHz衰减能力均不低于80dB。LPF—135型滤波器由两级滤波器串联而成,它利用L\(_{1}\)和L2在制作工艺上的差别,将两个单级可能出现的“窗口”错开,消除了由“窗口”漏过干扰的现象。L\(_{1}\)在图6所示的胶木骨架上分11段绕制。每段乱扰27匝,以减小分布电容;绕制时一定要使用双线并绕方法,故要求用绝缘较好的φ0.9(微机可用φ0.4)左右的高强度双丝漆包线或者塑料绝缘线。L2与L\(_{1}\)相似,只是每段绕时减少2匝。L1和L\(_{2}\)绕完后还要经过真空浸漆工艺,然后在骨架内放入φ10×200的镍锌磁棒(即短波磁棒,空心亦可)。最后将L1和L\(_{2}\)相互垂直地固定在胶木板上。使用时,滤波器的地线及金属外壳必须接大地,而不是电源零线。

图4
图4 🔍原图 (886×279)
图5
图5 🔍原图 (1109×448)

欲试验低通滤波器的效果,可利用开关手电钻作干扰噪声源,如能按图7用土法制造一个干扰噪声源就更方便了。图7虚线内就是这种噪声源,其中J\(_{o}\)为220V的交流接触器(也可用交流继电器),Jo-1是J\(_{o}\)的常闭接点。当开关K接通时,因常闭接点Jo-1通,J\(_{o}\)的线圈有电流通过而吸合,Jo吸合后J\(_{o}\)-1断开,Jo-1断又导致释J\(_{o}\)放,Jo释放重新使常闭接点J\(_{o}\)-1再次接通,于是,接触器Jo便反复吸合释放,继电器的这种接法俗称为“自振接法”。由于J\(_{o}\)的自振,它的常开接点Jo-2和另一个常闭接点J\(_{o}\)-3也反复通断,使10微法的电容C1和电感L\(_{1}\)(BK—50变压器初级)形成连续火花放电及一连串反向高压脉冲等,通过220V电网对微机系流造成强力干扰。图7中的示波器(最好100兆以上)用于对微机5V直流稳压电源进行观察。先打开噪声源开关K,在未接LPF—135的情况下,从示波器上可以看到,5V电源上叠加有近1.2V的干扰脉冲,其形状如同密密麻麻的茅草;接上LPF—135后,5V电源变得非常干净,说明LPF—135确有效果。

LPF—135的缺点是低频端(10kHz左右)特性不如DL—5型,因此将二者串联使用可以互相弥补,取得更好的效果。(许奇雄)