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電動車充電器的干擾分析

 1.電動自行車因其具有使用方便、省力、快速等優點, 已經成為越來越多市民的交通工具。在本地電動自行車的擁有量非常大, 筆者在工作中發現, 大部分電動自行車在充電的時候常常會對HFC 網絡的上行通道產生干擾, 嚴重影響網絡的穩定性, 用戶反映強烈, 筆者曾經在一個光節點下排查了4例這樣的干擾,可見電動自行車的充電器已經成為干(gan)擾(rao)有線電視網絡的(de)一個(ge)危(wei)害嚴重的(de)、常見的(de)干(gan)擾(rao)源, 本文(wen)對這個(ge)問題(ti)進行分析探討, 提出解(jie)決方法和防御措(cuo)施。

  2  干擾的現象和危害

  充電器干擾有(you)線(xian)電視(shi)網絡(luo)時, 寬帶業務上(shang)(shang)行通道的(de)(de)噪(zao)聲明顯提高, 光點所(suo)在的(de)(de)CMTS的(de)(de)上(shang)(shang)行端(duan)口(kou)的(de)(de)載噪(zao)比(bi)有(you)不同程(cheng)度的(de)(de)降低(降幅最高可(ke)達十幾(ji)個(ge)dB) , 從而引起該上(shang)(shang)行端(duan)口(kou)所(suo)帶的(de)(de)用戶(hu)(hu)不能(neng)正常上(shang)(shang)網, 其影(ying)響面較廣, 具體表現為CM ( Cab leModem)丟包嚴(yan)重甚至掉線(xian), 用戶(hu)(hu)感覺到網速明顯變慢, 網絡(luo)時斷時續, 這類干擾嚴(yan)重影(ying)響了有(you)線(xian)電視(shi)網絡(luo)的(de)(de)穩定(ding)性和用戶(hu)(hu)的(de)(de)上(shang)(shang)網質(zhi)量(liang)。

  3  干擾原因的分析

  電動自行車充電器多采用開關電源, 型號雖多, 但電路結構大同小異, 圖1是它的工作原理框圖, 主要由整流濾波、高壓開關、電壓變換、恒流恒壓及充電控制等幾個部分組成, 其中整流濾波電路的用途是將交流220 V 電壓轉變為直流300 V 左右的電壓, 通過高壓開關電路及電壓變換, 產生充電時所需的低壓直流電壓, 再由充電控制電路控制后對電池進行充電。

電動自行車充電器的工作原理框圖

圖1電動自行車充電器的工作原理框圖

  這類充電器由于本身的工作特性會產生較強的電磁干擾, 其中由基本整流電路產生的高次諧波干擾和電壓轉換電路產生的尖峰電壓的干擾是主要因素, 特別是高次諧波會沿著輸電線路產生傳導干擾和輻射干擾, 一方面使接在其前端的電源線上的(de)(de)(de)(de)電(dian)路波發生(sheng)畸變(bian), 另一方(fang)面通過電(dian)源(yuan)線產生(sheng)射頻干擾(rao), 這些干擾(rao)信(xin)號(hao)既占有較(jiao)寬的(de)(de)(de)(de)頻率范圍, 又(you)有一定的(de)(de)(de)(de)幅(fu)度(du), 所(suo)以(yi)會對(dui)周圍的(de)(de)(de)(de)通信(xin)和電(dian)子設備造(zao)成(cheng)干擾(rao)。因此充電(dian)器通常會在電(dian)路中(zhong)(zhong)附加(jia)上一個高(gao)頻濾波電(dian)路和磁環, 用(yong)來抑制傳導干擾(rao)和輻(fu)射干擾(rao), 但(dan)是越(yue)來越(yue)多(duo)的(de)(de)(de)(de)廠家為了(le)節省(sheng)成(cheng)本, 在生(sheng)產過程中(zhong)(zhong)就(jiu)省(sheng)去了(le)濾波電(dian)路, 而且大多(duo)采用(yong)塑(su)料(liao)外殼, 沒有選用(yong)合適的(de)(de)(de)(de)金屬(shu)材料(liao)的(de)(de)(de)(de)外殼對(dui)其進(jin)行屏蔽, 致(zhi)使產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)高(gao)次諧波以(yi)電(dian)磁波的(de)(de)(de)(de)方(fang)式向空中(zhong)(zhong)輻(fu)射,成(cheng)為一個嚴重的(de)(de)(de)(de)干擾(rao)源(yuan), 干擾(rao)信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)(de)頻率可延伸(shen)到30MH z以(yi)上, 能對(dui)大概(gai)5 m 范圍內的(de)(de)(de)(de)HFC 網絡造(zao)成(cheng)干擾(rao)。

  與天線接收(shou)原理相同, 同軸電(dian)纜(lan)也會(hui)“ 接收(shou)”這些干(gan)(gan)(gan)擾(rao)(rao)(rao), 即干(gan)(gan)(gan)擾(rao)(rao)(rao)電(dian)磁場在(zai)(zai)電(dian)纜(lan)上產(chan)生干(gan)(gan)(gan)擾(rao)(rao)(rao)感(gan)(gan)(gan)應電(dian)流, 這個感(gan)(gan)(gan)應電(dian)流會(hui)在(zai)(zai)電(dian)纜(lan)外導體(編織(zhi)網)縱向(xiang)電(dian)阻上產(chan)生干(gan)(gan)(gan)擾(rao)(rao)(rao)感(gan)(gan)(gan)應電(dian)壓, 感(gan)(gan)(gan)應電(dian)壓剛好(hao)串聯在(zai)(zai)有線信號傳(chuan)輸回路(lu)長(chang)長(chang)的地線中(zhong), 形成干(gan)(gan)(gan)擾(rao)(rao)(rao), 干(gan)(gan)(gan)擾(rao)(rao)(rao)信號的頻率剛好(hao)落(luo)在(zai)(zai)反向(xiang)通(tong)道的范圍內( 5~ 65 MH z), 就會(hui)使通(tong)道的誤碼率明顯上升, 通(tong)道利用(yong)率降低(di), 造成網絡擁塞(sai)。

  4  干擾的排查

  這(zhe)類干擾信號強, 而且持續時間長, 只要及時響應(ying), 按照(zhao)一般噪聲的排查(cha)方(fang)法通常都可以(yi)查(cha)到(dao)干擾源。

  下(xia)面(mian)以(yi)本單位(wei)配備的860 DSP分(fen)析儀為例(與(yu)前端Trilithic 9581SST配合(he)使用(yong))說明排(pai)查步驟:

  ( 1)確定受(shou)干(gan)擾影響的CMTS端口下(xia)所帶光(guang)(guang)(guang)節點情況;( 2)用(yong)860 DSP分析(xi)儀的SSR 來測(ce)試(shi)各(ge)光(guang)(guang)(guang)節點反向光(guang)(guang)(guang)收測(ce)試(shi)口5~ 65MHz回傳波(bo)形;( 3)根據(ju)測(ce)得的回傳通(tong)道頻譜的比較(正常(chang)回傳通(tong)道的底噪(zao)通(tong)常(chang)低于- 30dB ) , 確定有干(gan)擾的光(guang)(guang)(guang)節點(見圖(tu)2、圖(tu)3) ;( 4)到該光(guang)(guang)(guang)機處, 用(yong)同樣方法確定干(gan)擾來自光(guang)(guang)(guang)機的哪(na)一個端口, 然后(hou)逐級往下(xia)排查, 直到查找到干(gan)擾源(yuan);( 5)根據(ju)實(shi)際情況是否能(neng)徹底解決(jue)噪(zao)聲源(yuan), 如(ru)不行就(jiu)用(yong)高通(tong)濾波(bo)器(qi)將(jiang)其隔離。

正常的反向通道頻譜

圖2 正常的反向通道頻譜
存在干擾的反向通道頻譜
圖3 存在(zai)干擾的(de)反向通道頻譜

  5  干擾的處理方法

  從理論上來說, 對充電器進行(xing)改造使其符(fu)合電磁(ci)兼容的(de)標準或者(zhe)用金屬外(wai)殼對其屏蔽, 都可(ke)以消除或者(zhe)抑制干(gan)擾, 但現實明顯不可(ke)行(xing), 因此(ci)只有在(zai)被干(gan)擾的(de)網絡(luo)上采取措施(shi), 對干(gan)擾進行(xing)堵截, 提(ti)高網絡(luo)的(de)抗干(gan)擾能力。

  以(yi)往筆者在工(gong)作中發(fa)現有(you)噪(zao)(zao)聲干(gan)(gan)擾(rao)時, 通常采用加(jia)裝高(gao)隔離度的終(zhong)端盒、分支器(qi), 或將用戶(hu)線更換成高(gao)屏蔽的線纜, 或把空載口(kou)接75Ω 負載電阻等方(fang)法均能有(you)效地(di)將噪(zao)(zao)聲隔離, 但是(shi)發(fa)現采用上述方(fang)法都(dou)不能徹底消除充電器(qi)引起的這類干(gan)(gan)擾(rao), 只能在一(yi)定(ding)程度上減弱干(gan)(gan)擾(rao)的強度, 因(yin)此在確定(ding)噪(zao)(zao)聲是(shi)由哪一(yi)條支路匯聚的后, 只好(hao)采用高(gao)通濾波器(qi)將干(gan)(gan)擾(rao)進(jin)行隔離。

  6  防止和抑制充電器干擾的措施

  在當地(di), 這類(lei)的(de)噪聲干(gan)(gan)擾(rao)有(you)愈演愈烈的(de)趨勢, 目前(qian)我們只能(neng)通過(guo)用戶(hu)故障報(bao)修來發現(xian)一(yi)單處(chu)理一(yi)單, 只能(neng)被動地(di)去排查。做到防患于未(wei)然, 提高網絡的(de)抗干(gan)(gan)擾(rao)能(neng)力, 才是最好的(de)策(ce)略, 根據經驗和(he)探(tan)索, 筆者提出以下幾條防止和(he)減輕充電器干(gan)(gan)擾(rao)有(you)線電視網絡的(de)措施, 供(gong)作參考和(he)選用。

  ( 1)做好有線電視網絡的(de)(de)(de)(de)接地, 選好線纜的(de)(de)(de)(de)敷設(she)位(wei)置(zhi)。筆者(zhe)在(zai)(zai)實際中發(fa)現, 充電器(qi)的(de)(de)(de)(de)干擾通(tong)常(chang)(chang)發(fa)生在(zai)(zai)居(ju)民樓底層(ceng)的(de)(de)(de)(de)車庫(ku)或(huo)者(zhe)商鋪, 因為這(zhe)類地方是電動自行(xing)車比較集中的(de)(de)(de)(de)場所(suo), 房(fang)內面積(ji)相對(dui)狹小, 通(tong)常(chang)(chang)充電器(qi)就在(zai)(zai)機頂盒旁邊充電, 加上這(zhe)些地方的(de)(de)(de)(de)放大器(qi)、分(fen)支分(fen)配器(qi)和線纜安(an)裝的(de)(de)(de)(de)位(wei)置(zhi)相對(dui)低, 所(suo)以(yi)十分(fen)容易受到干擾, 因此這(zhe)些地方的(de)(de)(de)(de)放大器(qi)和鋼絞線必須(xu)可靠(kao)接地, 以(yi)加強自身的(de)(de)(de)(de)屏(ping)蔽效果, 選用四(si)屏(ping)蔽的(de)(de)(de)(de)線纜, 盡量將電纜敷設(she)在(zai)(zai)相對(dui)較高的(de)(de)(de)(de)位(wei)置(zhi), 對(dui)破損的(de)(de)(de)(de)電纜盡快更換, 這(zhe)樣電纜受到的(de)(de)(de)(de)輻射弱些。

  ( 2)采取措施保證電纜的(de)(de)接(jie)(jie)(jie)頭可(ke)靠(kao)。接(jie)(jie)(jie)頭工藝要(yao)嚴(yan)格要(yao)求, 制作不合格、有轉接(jie)(jie)(jie)、未壓接(jie)(jie)(jie)完全的(de)(de)接(jie)(jie)(jie)頭是非常(chang)容易(yi)串入噪聲的(de)(de)。放大器的(de)(de)連接(jie)(jie)(jie)盡量(liang)采用(yong)直通型接(jie)(jie)(jie)頭, 接(jie)(jie)(jie)頭要(yao)特別注意(yi)防水, 以免(mian)接(jie)(jie)(jie)頭進水造成(cheng)外導體編織網霉斷(duan), 導致屏(ping)蔽不良而(er)串入干(gan)擾信號。

  ( 3)預(yu)計電動(dong)自行車比較集中(zhong)的(de)(de)(de)地方的(de)(de)(de)放大(da)器,可先接上高通濾波(bo)器, 做(zuo)到防患(huan)于未然, 防止噪聲的(de)(de)(de)串入(ru)而影響大(da)片(pian)的(de)(de)(de)用戶(hu)。

  ( 4)建議用戶購買和使用符合電磁輻射標準的充電器, 充(chong)電的時候, 充(chong)電器盡量遠離(li)電視(shi)終(zhong)端。

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