电源干扰（Power Interference）被许多工程师视为电磁兼容性（EMC）问题的“继子”，但近年来它已经成为一个日益重要的挑战。随着电源技术的进步，尤其是开关速率和功率水平的提升，虽然改善了系统性能，但也带来了越来越多的电源干扰问题。

在设计和系统层面，我们都能看到电源干扰问题的增加。特别是在2011年IEEE EMC研讨会上，关于电源干扰及其对“智能电网”影响的讨论引起了广泛关注。会议中，正如一位幽默的与会者所指出，“兆瓦终于碰到了千兆赫。”

电源干扰问题的加剧

电源组件的改进

近年来，电源组件的设计已经大幅改进，允许更高的开关速率和更高的功率水平。这些改进虽提高了设备的性能和效率，但同样也导致了电磁干扰（EMI）问题的加剧。特别是在高频电源系统中，较高的开关频率使得电源噪声频谱变宽，带来了更多干扰源，进一步影响了系统的EMC性能。

智能电网的挑战

随着智能电网（Smart Grid）技术的应用，电源干扰问题变得更加复杂。这些系统要求频繁的数据传输和高效的电力调度，但在大规模的电力设备和电网之间，电源干扰的问题仍然突出。智能电网中的高功率电子设备、可再生能源并网等因素，都可能引发更严重的电源干扰。

电源干扰的测试与标准

电源干扰问题的测试和解决方案在不同的行业和平台中有所不同。不同的国家、行业以及具体设备会有特定的电源干扰规范。这些规范根据实际的工作环境和测试需求，通常采用不同的测试标准。例如：

• 交流电源：主要适用于不同地区的交流电源，测试和规范因国家不同而有所差异。

• 军事平台、车辆、电信设施等：这些特殊应用的电源干扰要求通常会严格控制。

• 电能质量（PQ）：在某些情况下，电源干扰标准会与电能质量要求（如电压骤降、过压/欠压、瞬断等）结合，特别是涉及到长期功率扰动的问题。

常见的电源干扰测试：EFT与浪涌

电源干扰的两项关键测试为电快速瞬变（EFT）和浪涌（Surge）。这两种测试在EMC要求中占据重要地位，尤其是在交流输入设备中。

• EFT测试：模拟电源输入端的触点放电，导致极快的瞬变短脉冲。这些瞬变会引发设备故障或重启，甚至可能导致“位翻转”。常见的测试标准为ANSI/IEEE C62.41和EN61000-4-4。

• 浪涌测试：模拟雷电浪涌或电网故障产生的高能量瞬变电流，导致电压突升。这些浪涌可以严重损坏电子设备。相应的测试标准为ANSI/IEEE C62.41和EN61000-4-5。

这两种测试常常被用于设备的验证和合规性检查，尤其是商用设备和关键应用的电源系统。

电源干扰故障排除的方法

排除电源干扰故障时，通常需要结合使用故障强制器（Force Failure）和监控器（Monitor）。这两者可以帮助有效地定位和解决问题。

故障强制器的使用

• EFT和浪涌测试：从低电平开始进行测试，然后逐步增加强度，直到系统出现故障或失效。这有助于理解设备在不同干扰级别下的表现。然而，浪涌测试可能会造成永久性损坏，因此在测试时，务必避免对原型设备进行浪涌测试。

监控设备的使用

• 电源干扰分析仪（PDA）：这些设备可用于监控电源的质量，检测过压/欠压、断电、瞬变等问题，并能够记录事件时间戳和波形，便于后期分析。尽管PDA可以帮助捕获大部分电源问题，但由于带宽的限制，它们可能无法捕捉到极快的EFT事件。因此，存储示波器（Bandwidth ≥ 100 MHz）可以作为补充工具来增强测试能力。

五个电源干扰优化建议

1. 添加模块化电源滤波器：在电源入口处添加滤波器，以减少电源干扰的传播。如果设备安装在金属外壳中，请确保滤波器与外壳之间有良好的低阻抗接地连接。

2. 安装瞬态保护装置：使用差模和共模保护设备来应对瞬态干扰。对于浪涌，MOV（金属氧化物压敏电阻）通常能有效防护；而对于EFT干扰，需要选择响应速度更快、连接更短的硅设备。

3. 使用铁氧体磁芯：在电源线输入端增加多匝共模铁氧体磁芯（3-4匝），有效减少EFT干扰。注意，单匝的铁氧体可能效果不足。

4. 改善复位电路设计：如果EFT干扰导致系统复位，考虑在复位电路中加入0.01μF的电容器和多匝铁氧体，以加强抗干扰能力。

5. 雷击损坏防护：如果设备容易受到雷击浪涌的损害，可以考虑设计隔离变压器和瞬态保护装置，以确保设备能承受高等级的雷电浪涌。

结语

随着电子设备和电力系统的复杂化，电源干扰问题已经成为现代EMC设计中的重要课题。理解电源干扰的原因、规范和测试方法，有助于在产品设计和验证过程中规避潜在的电磁兼容性问题。通过合适的电源滤波、瞬态保护和监控手段，可以有效解决电源干扰问题，确保设备在复杂电力环境中的稳定运行。