一种屏蔽方舱用智能防电磁脉冲、抗浪涌滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明是关于一种屏蔽方舱用智能防电磁脉冲、抗浪涌滤波器，包括屏蔽盒，所述屏蔽盒内设置有屏蔽室滤波器、EMP发生器和数字示波器，所述屏蔽室滤波器的输入端与EMP发生器相连，所述屏蔽室滤波器的输出端与数字示波器相连，所述屏蔽室盒还设置有EMI滤波器，所述EMI滤波器内包括差模电感和共模电感，本发明的电磁脉冲滤波器，利用PSpice仿真分析了电磁脉冲滤波器的箝位特性和插入损耗，这种滤波器不需用TVS和MOV辅助元件，却能将EMP衰减到安全的电平，使用可靠。
【专利说明】一种屏蔽方舱用智能防电磁脉冲、抗浪涌滤波器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种滤波器，尤其涉及一种防止电磁脉冲的滤波器及其方法。
【背景技术】
[0002]高空核电磁脉冲(HEMP)、雷电电磁脉冲(LEMP)等电磁脉冲波的能量巨大，上升沿极短，频谱分布极宽，它们通过传导和辐射两种方式来传播，滤波器是抑制传导干扰的一种技术措施。然而，普通的滤波器不能对它们起到抑制作用，甚至会被击坏，从而使很多电子设备不能正常工作，尤其是作为野外作战指挥中心的方舱来说，设计出具有防电磁脉冲能力的滤波器非常必要。
[0003]大量实测和理论研究证明，发生核爆炸，特别是发生高空核爆炸时，要伴随出现短时间(在U s数量级)强烈的电磁辐射，我们把这种特殊的电磁现象称为电磁脉冲(EMP)。
[0004]经测算，一次十万吨当量的高空核爆炸，所产生的全部能量约为4.2*10+15焦耳，其中，以电磁能量辐射出去的约为10+11焦耳，这是非常巨大的能量，它能使受EMP影响的边远地区的电子设备承受到I焦耳以上EMP能量的冲击，远小于I焦耳的EMP能量就足以使很多电子元件完全丧失工作能力，例如，只需2*10-5焦耳的E M P能量冲击，便能使集成电路MC71S失效；只需2*10-7焦耳就能使微波二极管IN238烧毁，骚扰电子电路并使之不能稳定工作的EMP能量更低，例如，只需4*10-10焦耳的EMP能量，便能使SF - 50的J - K触发器乱跳；只需2X 10-9焦耳的EMP能量便能使计算机内的FC2001存储器取存出错，因此，研究EMP对电子元器件和设备的损坏和它们的防护，意义十分重大。
[0005]为防止EMP对电子设备和系统的毁坏，在它们的电源线和信号线上要设置滤波器，我们把这种滤波器称作EMP滤波器。
[0006]通过对多种EMI滤波器加载EMP信号的实验，检验了瞬变抑制或压敏电阻等辅助元件对EMP的控制能力，初步研究结果表明，精心设计的EMI滤波器，不用瞬变抑制(TVS)或压敏电阻(MOV)之类的辅助元件，对EMP仍有很好的抑制能力。
[0007]按传统的办法，常规EMI滤波器添加瞬变抑制(TVS)或压敏电阻(MOV)的电子元件，就可做成EMP滤波器，这样的滤波器既能防护EMP对电子设备和系统，也能防护一定条件下雷电引起的破坏，如感应雷电信号，但是，这样的滤波器所以承受的EMP能量是很有限的，对用TVS做成的滤波器，由于TVS所能承受的冲击能量有限，遇到能量大的骚扰，会引起箝位电流急剧增大，功耗剧增，TVS就会损坏，引起EMP滤波器的失效，从而不能防护EMP对设备和系统的破坏。对MOV元件而言，它能承受的冲击能量会比TVS大一些，可是，每经受一次EMP或雷电的冲击，它的性能会发生下降。经受10次左右的冲击便有可能失效，丧失对EMP和雷电的防护能力。
【发明内容】
[0008]本发明的主要目的在于，克服现有的滤波器存在的缺陷，而提供一种新型屏蔽方舱用智能防电磁脉冲、抗浪涌滤波器，所要解决的技术问题是提高设备的可靠性，抗冲击能力强，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
[0009]本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种屏蔽方舱用智能防电磁脉冲、抗浪涌滤波器，包括屏蔽盒，所述屏蔽盒内设置有屏蔽室滤波器、EMP发生器和数字示波器，所述屏蔽室滤波器的输入端与EMP发生器相连，所述屏蔽室滤波器的输出端与数字示波器相连，所述屏蔽室盒还设置有EMI滤波器，所述EMI滤波器内包括差模电感和共模电感。
[0010]前述的屏蔽方舱用智能防电磁脉冲、抗浪涌滤波器，所述屏蔽盒滤波器的输入端与EMP发生器通过屏蔽电缆相连。
[0011]前述的屏蔽方舱用智能防电磁脉冲、抗浪涌滤波器，所述屏蔽盒外部设置有接地网。
[0012]前述的屏蔽方舱用智能防电磁脉冲、抗浪涌滤波器，所述屏蔽盒内与EMI滤波器相连接端设置有衰减器。
[0013]前述的屏蔽方舱用智能防电磁脉冲、抗浪涌滤波器，所述屏蔽盒内设置有电阻。
[0014]前述的屏蔽方舱用智能防电磁脉冲、抗浪涌滤波器，所述屏蔽盒内设置的电阻至少有两个。
[0015]借由上述技术方案，本发明屏蔽方舱用智能防电磁脉冲、抗浪涌滤波器至少具有下列优点:
[0016]本发明的电磁脉冲滤波器，利用PSpice仿真分析了电磁脉冲滤波器的箝位特性和插入损耗，这种滤波器不需用TVS和MOV辅助元件，却能将EMP衰减到安全的电平，使用可靠。
[0017]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
【专利附图】
【附图说明】
图1为本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的屏蔽方舱用智能防电磁脉冲、抗浪涌滤波器其【具体实施方式】、特征及其功效，详细说明如后。
[0019]本发明的屏蔽方舱用智能防电磁脉冲、抗浪涌滤波器，包括屏蔽盒2，屏蔽盒2内设置有屏蔽室滤波器7、EMP发生器3和数字示波器10，屏蔽室滤波器7的输入端与EMP发生器3通过屏蔽电缆12相连，屏蔽室滤波器7的输出端与数字示波器10通过屏蔽电缆12相连，数字示波器10设置在屏蔽室I内，屏蔽盒2内还设置有EMI滤波器5，EMI滤波器5内包括差模电感13和共模电感14，屏蔽盒2外部设置有接地网8，屏蔽盒2内与EMI滤波器5相连接端设置有第一衰减器6，屏蔽盒2内与EMP滤波器3相连接端设置有第二衰减器11，屏蔽盒2内还设置有第一电阻4和第二电阻9。
[0020]对比实施例
[0021 ] 首先，把EMI滤波器5安置在标准规定的EMI滤波器5插入损耗测试屏蔽盒2内，用屏蔽室1，屏蔽盒2，EMP发生器3，第一电阻4，EMI滤波器5，第一衰减器6，屏蔽室滤波器7，接地网8，第二电阻9，数字示波器10，第二衰减器11，用屏蔽电缆12把被测滤波器的输入和输出分别与EMP发生器3和数字示波器10相连接，这样安排是为了避免EMP发生器3产生的电磁辐射在输入和输出电缆上生成感应电压，影响到测试结果。
[0022]其次，用作实验的源是输出幅度可达25万伏的双子数波形EMP发生器4，输出EMP幅值的高低可以通过输入电压来控制，为了得到适合的EMP幅值作为EMI滤波器5的输入电压，还在EMP发生器3的输出端，采用并接水电阻分压的方法来进一步调控滤波器的输入电压。
[0023]第三，为了保证被试EMI滤波器5的输入和输出端电压幅值的准确记录，把数字示波器10放置在电磁屏蔽室I内，免除EMP发生器3产生的辐射对测量结果造成的影响，来自滤波器输入端和输出端的采样信号还要通过合适的衰减器，经过穿墙波导器后接到数字示波器的输入端口，保证记录到的波形在示波器的量程范围内，还用计算机对输入和输出端电压幅值进行处理，然后，把输入和输出端波形直观形象地展示在一幅图形中。
[0024]把一只普通单相250V/50HZ 60A EMI滤波器5安装滤波器位置上，这种滤波器由共模(CM)电感、共模抑制电容(Cy)和差模抑制电容(Cx)组成，实验时，把EMP加在输入端的相线(L)或中线(N)端子与地(即外壳)之间，为了保证实验准确无误，与EMP源连接的电缆和EMI滤波器5屏蔽壳上的连接器都应采用能承受高电压的产品，在实验前，用I万伏直流电压进行检查，无击穿和电晕现象发生。
[0025]数字示波器10记录到普通EMI滤波器5输入和输出端的波形，其输入端的EMP幅值为1670V，输出端波形的幅值为632V，输入波形和输出波形的出现时刻有明显的延迟，从上面数据看，这种EMI滤波器5对EMP的抑制能力不理想，因为当L与地或N与地之间加上EMP后，有很大的电流流过共模电感的一组线圈，共模电感很快饱和，平衡条件破坏，电感量急剧下降，EMI滤波器的共模(CM)插入损耗大大降低，对EMP的控制能力变得很差。
[0026]另外，其输入和输出端子之间存在有电磁耦合，其频率越高，这个耦合会越强。由于几千伏的EMP信号的上升前沿仅为1ns左右，就会有能量从滤波器的输入端直接耦合到它的输出端。这也是它控制EMP的能力变得十分差的原因之一，显然，它不能同时实现控制EMI和EMP的任务。
[0027]实施例1
[0028]在分析用普通EMI滤波器加载EMP所作试验的结果后，我们改进设计，研制了一种单相250V/50Hz、60A的EMI滤波器5。
[0029]这是一种含有差模电感13和共模电感14的多级EMI滤波器5，Cy电容器采用穿心式电容器，按上述EMI滤波器5的安装和加载EMP的方法进行实验,并把输入端和输出端的波形送到计算机进行处理，使能在同一幅图里把它们的波形进行比较。
[0030]当输入EMP幅值为3500V时，滤波器输出的幅值为320V，显而易见，它控制EMP的能力优于普通EMI滤波器5，这是因为特殊研制的差模电感过负载能力强，电感磁芯不易饱和，使滤波器低端的插入损耗明显改善。在无需加入TVS和MOV元件的条件下，就能实现对EMP信号的良好控制。这正是用户所要求的EMP滤波器。
[0031]实验时，其输入和输出端子之间存在有电磁耦合，降低了对EMP的衰减，可以在使用安装时设法改善，例如，利用设备或系统已有的屏蔽，把滤波器的输入和输出端子隔离开，使它们之间的电磁耦合被控制到最小，这就是一种易行有效的方法。
[0032]由此使我们想到，有各式各样的穿心电容器广泛用于通讯、导航、雷达、航空航天、舰船、坦克、方舱等电子设备和系统中，在应用中的明显特点是穿心电容器的外壳有机地与设备或系统的屏蔽融为一体，使滤波器的输入和输出端子之间的电磁隔离良好，那么，它们控制EMP的能力如何
[0033]为了弄清这个问题，我们选了两种结构相同而参数不同的穿心式滤波器进行控制EMP的试验，这种安装方法如实地反映了实际应用情况，虽然EMI滤波器5已能把EMP信号控制到用户要求的水平，是否还有能更好控制EMP信号的滤波器它们的分布参数，即分布电感和分布电容是大致相同的，它们间的主要差别是两端集中参数电容器的容量不同，A组参数时为2 X IuF ;B组参数时为2X4.7uF, 二者的插入损耗特性B组参数滤波器低频端的插入损耗比A组参数的好很多，上面的实验结果十分明显地说明，其穿心电容器的电容量越大，其控制EMP的能力就越强，这是因为当EMP这样快速瞬变的信号加在滤波器输入端的电容器上后，电容器上的电压是不会立刻跟着变化的，其电压的变化要遵循下面的规律，即Λ V= Λ Q/C, Λ V为电容器电压的变化率，Λ Q为电容器上电荷的变化率，Δ Q是一个常数，试验B组参数记录为7440V时，测得的输出幅度为100V，从上式不难看出，比输入幅度降低了 74.4倍，因此，容量越大，电压的变化，即Λ V就会越小，这就是为什么B组参数滤波器对EMP的控制能力比A组参数好的原因。
[0034]按传统概念，任何超过滤波器击穿电压的试验都是严格禁止的，因为它会招致滤波器的击穿损坏，我们在研究了这种滤波器的结构和参数，分析EMP信号的特性后，多次加载后除中心导体的直径稍有不同外，滤波器的参数没有观察到明显变化，EMP的幅值为6912V时，其输出幅值为300V，输出波形明显延迟，且持续时间比输入波形展宽了很多，若仅考察幅度的变化，已达到了 23倍以上的衰减，可见它对EMP的抑制能力很好。
[0035]1.本发明在不使用MOV和TVS元件的条件下，设计得好的EMI滤波器5同样既能控制ΕΜΙ，又能把EMP的干扰幅度控制到很低的电平，满足有关设备和系统的要求。
[0036]2.在对穿心式滤波器进行EMP试验和分析中证实，可以加载比其击穿电压高很多的EMP幅值而不会损坏任何参数，这是我们在实践中的发现，从而改写了不能加载超过试验电压幅度的EMP信号的传统概念，在应用条件允许用大容量的穿心滤波器时，可以把EMP控制到相当低的电平。
[0037]3.在实用中，要注意滤波器的安装、电缆的敷设和接地。
[0038]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种屏蔽方舱用智能防电磁脉冲、抗浪涌滤波器，包括屏蔽盒，所述屏蔽盒内设置有屏蔽室滤波器、EMP发生器和数字示波器，所述屏蔽室滤波器的输入端与EMP发生器相连，所述屏蔽室滤波器的输出端与数字示波器相连，其特征在于:所述屏蔽室盒还设置有EMI滤波器，所述EMI滤波器内包括差模电感和共模电感。
2.根据权利要求1所述的屏蔽方舱用智能防电磁脉冲、抗浪涌滤波器，其特征在于:所述屏蔽盒滤波器的输入端与EMP发生器通过屏蔽电缆相连。
3.根据权利要求1所述的屏蔽方舱用智能防电磁脉冲、抗浪涌滤波器，其特征在于:所述屏蔽盒外部设置有接地网。
4.根据权利要求1所述的屏蔽方舱用智能防电磁脉冲、抗浪涌滤波器，其特征在于:所述屏蔽盒内与EMI滤波器相连接端设置有衰减器。
5.根据权利要求1所述的屏蔽方舱用智能防电磁脉冲、抗浪涌滤波器，其特征在于:所述屏蔽盒内设置有电阻。
6.根据权利要求5所述的屏蔽方舱用智能防电磁脉冲、抗浪涌滤波器，其特征在于:所述屏蔽盒内设置的电阻至少有两个。
【文档编号】H03H7/01GK104038174SQ201310069068
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年3月5日 优先权日:2013年3月5日
【发明者】李向东 申请人:常州安盾智能化工程有限公司