CN107134916B - 一种交流电源传导电磁信息泄漏防护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流电源传导电磁信息泄漏防护装置及方法，涉及信息安全技术，旨在提供一种新的防护装置的结构以及防护方法，以降低装置接地的要求，即使在装置接地情况不佳的情况下依然能对泄漏信号中的共模信号、差模信号良好滤波。本发明技术要点：包括壳体（4），壳体（4）内部包括顺序连接的输入端交流连接器（5）、输入级共模滤波电路（6）、共模差模滤波电路（7）、输出级共模滤波电路（8）以及输出端交流连接器（9）。

Description

一种交流电源传导电磁信息泄漏防护装置及方法

技术领域

本发明涉及信息安全技术，尤其是一种交流电源传导电磁信息泄漏的防护装置及方法。

背景技术

数字系统在工作的过程中，会有意无意的将系统存储和处理的信息通过辐射泄漏和传导泄漏两种电磁泄漏的方式发射出去，利用TEMPEST（Transient ElectromagneticPulse Emanation Surveillance Technology）技术，可以将泄漏的电磁信号在泄漏源远端还原出来。电源线传导信息泄漏是一种主要的传导泄漏方式。针对电源线传导信息泄漏，现有的防护方法，是在传导线路上串联红黑隔离装置进行滤波来实现隔离。

传统红黑隔离装置通过在电力线上串联共模电感，电力线与电力线、地线间装配差模和共模电容，利用电感和电容的吸收能力，以及电容的高频特性，将一部分泄漏信号吸收，一部分泄漏信号对地线泄放，从而达到红黑信号隔离的目的，并未对电源地线作任何滤波处理。基于此原理，传统红黑隔离装置对于地线接地效果要求较高，须在接地良好的情况下才能达到理想的红黑隔离效果，而在家用、办公、车载等接地条件不理想的实际使用过程中，无法达到相应的红黑隔离效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种新的交流电源传导电磁信息泄漏防护装置的结构以及防护方法，降低装置接地的要求，即使在装置接地情况不佳的情况下依然能对泄漏信号中的共模信号、差模信号良好滤波。

本发明采用的电源传导电磁信息泄漏防护方法，包括：

将单相电源的三根供电线输出的电信号进行输入级共模滤波的步骤；

将经过输入级共模滤波后的电能进行共模差模滤波的步骤；

将经过共模差模滤波后的电能进行输出级共模滤波的步骤；

将经过输出级共模滤波后的电能输出给用电设备的步骤。

本发明提供的电源传导电磁信息泄漏防护装置，包括壳体，壳体内部包括输入端交流连接器、输入级共模滤波电路、共模差模滤波电路、输出级共模滤波电路以及输出端交流连接器；

输入端交流连接器、输入级共模滤波电路、共模差模滤波电路、输出级共模滤波电路以及输出端交流连接器顺序连接。

进一步，输入级共模滤波电路与输出级共模滤波电路的结构相同，分别包括环形磁芯；在磁芯上绕有三个绕组；三个绕组的绕线方向相同；三个绕组的一端分别作为L相输入端、N相输入端以及地线输入端，三个绕组的另一端分别作为L相输出端、N相输出端以及地线输出端。

进一步，所述磁芯为纳米非晶材料的磁芯。

进一步，共模差模滤波电路为两级滤波电路。

进一步，输入级共模滤波电路的地线输出端与输出级共模滤波电路的地线输入端连接；

输入级共模滤波电路的L相输出端与共模差模滤波电路的第一输入端连接，输入级共模滤波电路的N相输出端与共模差模滤波电路的第二输入端连接；

共模差模滤波电路的第一输出端与输出级共模滤波电路的L相输入端连接，共模差模滤波电路的第二输出端与输出级共模滤波电路的N相输入端连接。

进一步，共模差模滤波电路包括第一~第六共模电容、第一~第三差模电容、电阻及两个互感。

第一共模电容与第二共模电容连接，两者的公共连接点接地，第一共模电容的另一端为共模差模滤波电路的第一输入端，第二共模电容的另一端为共模差模滤波电路的第二输入端；第一差模电容的一端与共模差模滤波电路的第一输入端连接，第一差模电容的另一端与共模差模滤波电路的第二输入端连接。

第一互感的第一输入端与第一差模电容的所述一端连接，其第二输入端与第一差模电容的所述另一端连接，其第一输出端与电阻的一端连接，其第二输出端与电阻的另一端连接。

第三共模电容与第四共模电容连接，两者的公共连接点接地；第三共模电容的另一端与电阻的所述一端连接，第四共模电容的另一端与电阻的所述另一端连接；第二差模电容的一端与电阻的所述一端连接，第二差模电容的另一端与电阻的所述另一端连接。

第二互感的第一输入端与电阻的所述一端连接，其第二输入端与电阻的所述另一端连接，其第一输出端与第三差模电容的一端连接，其第二输出端与第三差模电容的另一端连接。

第五共模电容与第六共模电容连接，两者的公共连接点接地；第五共模电容的另一端与第三差模电容的所述一端连接，第六共模电容的另一端与第三差模电容的所述另一端连接；第三差模电容的所述一端为共模差模滤波电路的第一输出端，其所述另一端为共模差模滤波电路的第二输出端。

进一步，所述壳体为工程塑料壳体。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明在原有的共模差模滤波电路（红黑信号隔离）基础上增加了输入级、输出级共模滤波电路，差模滤波电路本身具备一定共模信号滤波能力，当共模差模滤波电路接地不良，共模信号无法有效导入大地时，输入级、输出级共模滤波电路补偿了这一不足，并对单相交流电的火线、零线和地线同时进行共模滤波，使得信号滤波效果更佳，有效防护了电源传导电磁信息泄漏。且本申请装置及方法成本低，使用方便，可以高效应对家用、办公、车载等接地不完全理想的情况下的红黑信号隔离需求。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明防护装置使用状态示意图。

图2为本发明防护装置内部结构示意图。

图3 本发明中输入级或输出级共模滤波电路示意图。

图4为本发明装置电路原理图。

图中标记：1为交流电网；2为防护装置；3为用电设备；4为壳体；5为输入端交流连接器；6为输入级共模滤波电路；7为共模差模滤波电路；8为输出级共模滤波电路；9为输出端交流连接器；10为安装孔；11为环形磁芯；12为绕组；13为共模差模滤波电路第一输入端；14为共模差模滤波电路第一输出端；15为共模差模滤波电路第二输入端；16为共模差模滤波电路第二输出端。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明防护装置的内部结构如图2所示。防护装置的壳体4采用工程塑料制成，有效避免电磁泄漏信号通过壳体间接传输，影响装置滤波效果。

壳体内部包括顺序连接的输入端交流连接器5、输入级共模滤波电路6、共模差模滤波电路7、输出级共模滤波电路8以及输出端交流连接器9。

其中，共模差模滤波电路7可以采用市面上已有的红黑隔离装置内部的电路结构，也可以采用如图4所示的结构，具体包括：

共模电容Cy1~Cy6、差模电容Cx1~Cx3、电阻R1及互感L2、L3。

共模电容Cy1与共模电容Cy2连接，两者的公共连接点接地，共模电容Cy1的另一端为共模差模滤波电路的第一输入端，共模电容Cy2的另一端为共模差模滤波电路的第二输入端；差模电容Cx1的一端与共模差模滤波电路的第一输入端连接，差模电容Cx1的另一端与共模差模滤波电路的第二输入端连接。

互感L2的第一输入端与差模电容Cx1的所述一端连接，其第二输入端与差模电容Cx1的所述另一端连接，其第一输出端与电阻R1的一端连接，其第二输出端与电阻R2的另一端连接。

共模电容Cy3与共模电容Cy4连接，两者的公共连接点接地；共模电容Cy3的另一端与电阻R1的所述一端连接，共模电容Cy4的另一端与电阻R1的所述另一端连接；差模电容Cx2的一端与电阻R1的所述一端连接，差模电容Cx2的另一端与电阻R1的所述另一端连接。

互感L3的第一输入端与电阻R1的所述一端连接，其第二输入端与电阻R1的所述另一端连接，其第一输出端与差模电容Cx3的一端连接，其第二输出端与差模电容Cx3的另一端连接。

共模电容Cy5与共模电容Cy6连接，两者的公共连接点接地；共模电容Cy5的另一端与差模电容Cx3的所述一端连接，共模电容Cy6的另一端与差模电容Cx3的所述另一端连接；差模电容Cx3的所述一端为共模差模滤波电路的第一输出端，其所述另一端为共模差模滤波电路的第二输出端。

共模差模滤波电路主要用于滤除经过本发明装置的差模泄漏信号，在接地情况良好时也会滤除一些经过本发明装置的共模泄漏信号。其中电感L2与L3主要用于滤除L相（火线）和N相（零线）上的共模信号，将火线与零线上的高频共模信号引流到地线；Cx1-Cx3用于吸收交流火线与零线之间的差模信号。可见，当接地不佳的情况下共模差模滤波电路不能有效滤除火线与零线上的高频共模泄漏信号。

为此，本发明引入了输入级共模滤波电路以及输出级共模滤波电路来补偿共模差模滤波电路对共模信号的滤除效果。

本发明一个优选实施例中采用的共模滤波电路参见图3，输入级与输出级可以采用相同结构的共模滤波电路。

其包括环形磁芯11；在磁芯上绕有三个绕组12；三个绕组的绕线方向相同，保证线圈同名端如电路图4所示，其中L1代表输入级共模滤波电路，L4代表输出级共模滤波电路。三个绕组的一端分别作为L相输入端、N相输入端以及地线输入端，三个绕组的另一端分别作为L相输出端、N相输出端以及地线输出端。

电感磁芯11优选用纳米非晶材料制成，这样在较小绕组的情况下可以实现较大的共模电感的电感量，在保证共模滤波效果的同时，降低整个装置的串联电阻。绕组12导电材料优选铜漆包线。

泄漏源在本装置单侧进行信号泄漏时候，共模泄漏电流在交流火线、零线、地线上泄漏方向是同向的。当共模滤波电路中有同向共模电流通过时，单相电源的三根供电线输出的电信号在三个绕组（等效为共模电感）内部激励的磁场方向一致，三个绕组会呈现较高的电感量，此时，对共模信号的抑制作用较强。对于设备正常工作所需要的差模电流，火线与零线电流相反，地线电流忽略不计，差模电流在磁芯内部激励出的磁场方向相反，相互抵消，三个绕组会呈现出低电感特性，因此对正常工作的差模信号无抑制效果。可见共模滤波电路主要用于滤除电源火线、零线、地线上的共模噪声，达到共模泄漏信号抑制效果。

参见图1，使用时将装置串接到电源与用电设备之间的电源线中，装置的输入端交流连接器靠近电源，输出端交流连接器靠近用电设备。

本发明还提供了一种电源传导电磁信息泄漏防护方法，包括：

将单相电源的三根供电线输出的电信号进行输入级共模滤波的步骤；

将经过输入级共模滤波后的电能进行共模差模滤波的步骤；

将经过共模差模滤波后的电能进行输出级共模滤波的步骤；

将经过输出级共模滤波后的电能输出给用电设备的步骤。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (4)

1.一种交流电源传导电磁信息泄漏防护装置，其特征在于，包括壳体、输入端交流连接器、输入级共模滤波电路、共模差模滤波电路、输出级共模滤波电路以及输出端交流连接器；

输入端交流连接器、输入级共模滤波电路、共模差模滤波电路、输出级共模滤波电路以及输出端交流连接器位于壳体内且顺序连接；

输入级共模滤波电路的地线输出端与输出级共模滤波电路的地线输入端连接；

输入级共模滤波电路的L相输出端与共模差模滤波电路的第一输入端连接，输入级共模滤波电路的N相输出端与共模差模滤波电路的第二输入端连接；

共模差模滤波电路的第一输出端与输出级共模滤波电路的L相输入端连接，共模差模滤波电路的第二输出端与输出级共模滤波电路的N相输入端连接；

共模差模滤波电路包括第一～第六共模电容、第一～第三差模电容、电阻及两个互感；

第一共模电容与第二共模电容连接，两者的公共连接点接地，第一共模电容的另一端为共模差模滤波电路的第一输入端，第二共模电容的另一端为共模差模滤波电路的第二输入端；第一差模电容的一端与共模差模滤波电路的第一输入端连接，第一差模电容的另一端与共模差模滤波电路的第二输入端连接；

第一互感的第一输入端与第一差模电容的所述一端连接，其第二输入端与第一差模电容的所述另一端连接，其第一输出端与电阻的一端连接，其第二输出端与电阻的另一端连接；

第三共模电容与第四共模电容连接，两者的公共连接点接地；第三共模电容的另一端与电阻的所述一端连接，第四共模电容的另一端与电阻的所述另一端连接；第二差模电容的一端与电阻的所述一端连接，第二差模电容的另一端与电阻的所述另一端连接；

第二互感的第一输入端与电阻的所述一端连接，其第二输入端与电阻的所述另一端连接，其第一输出端与第三差模电容的一端连接，其第二输出端与第三差模电容的另一端连接；

第五共模电容与第六共模电容连接，两者的公共连接点接地；第五共模电容的另一端与第三差模电容的所述一端连接，第六共模电容的另一端与第三差模电容的所述另一端连接；第三差模电容的所述一端为共模差模滤波电路的第一输出端，其所述另一端为共模差模滤波电路的第二输出端；

输入级共模滤波电路与输出级共模滤波电路的结构相同，分别包括环形磁芯；在磁芯上绕有三个绕组；三个绕组的绕线方向相同；三个绕组的一端分别作为L相输入端、N相输入端以及地线输入端，三个绕组的另一端分别作为L相输出端、N相输出端以及地线输出端。

2.根据权利要求1所述的一种交流电源传导电磁信息泄漏防护装置，其特征在于，所述磁芯为纳米非晶材料的磁芯。

3.根据权利要求1所述的一种交流电源传导电磁信息泄漏防护装置，其特征在于，共模差模滤波电路为两级滤波电路。

4.根据权利要求1所述的一种交流电源传导电磁信息泄漏防护装置，其特征在于，所述壳体为工程塑料壳体。

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