EMC-瞬態(tài)電壓的抗擾度試驗(yàn)及防護(hù)

1、EMC-瞬態(tài)電壓的抗擾度試驗(yàn)及防護(hù)1 種類 浪涌（沖擊）Surge：雷電，（開關(guān)）操作過電壓電快速瞬變脈沖群 Electrical fast transient/burst，EFT/B：切斷電感性負(fù)載等引起靜電放電Static electricity discharge 或Electrostatic discharge（ESD）：人體或機(jī)器靜電放電2 抗擾度實(shí)驗(yàn)方法2.1 浪涌抗擾度實(shí)驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 17626.5-1999 電磁兼容 試驗(yàn)和測量技術(shù) 浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn) （等同采用IEC61000-4-5：1995）1）試驗(yàn)信號 對應(yīng)的短路電流波形為10/350s。2） 抗擾度等級（試

2、驗(yàn)信號電壓）3） 針對電源端口和非電源端口采用不同的信號源電阻和耦合方式 對電源端口： 線對線：2(信號發(fā)生器的內(nèi)阻)，耦合電容18F線對地：2(信號發(fā)生器的內(nèi)阻)+10, 耦合電容9F（美國等國家用2）對直流電源端口，如果不是連接到配電電源網(wǎng)絡(luò)，視作其它端口 對其它非屏蔽非對稱端口：2(信號發(fā)生器的內(nèi)阻)+40, 耦合電容0.5F或用放電管耦合（當(dāng)電容耦合會影響被試設(shè)備工作時） 對其它非屏蔽對稱端口：如下圖 對屏蔽端口：（略）2.2電快速瞬變脈沖群抗擾度實(shí)驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 17626.4-1998 電磁兼容 試驗(yàn)和測量技術(shù) 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)（等同采用IEC61000-4-4：19

3、95）1）試驗(yàn)信號2）抗擾度等級（實(shí)驗(yàn)信號電壓）3） 耦合方式對電源端口：電容耦合，33nF耦合電容對其它端口：容性耦合夾或金屬箔等2.3靜電放電抗擾度實(shí)驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 17626.2-1998電磁兼容 試驗(yàn)和測量技術(shù) 靜電放電抗擾度試驗(yàn)（等同采用IEC61000-4-2：1995）1） 靜電放電模型2） 靜電發(fā)生器等效電路及放電電流波形 3）試驗(yàn)方法 (1) 直接放電 接觸放電（優(yōu)先選用）：外殼，允許用戶維修的點(diǎn) 空氣放電（不能使用接觸放電時）：表面涂漆，且制造廠家指明是絕緣層，則使用空氣放電，否則，應(yīng)穿入漆膜，進(jìn)行接觸放電。 (2) 間接放電：對設(shè)備附近的耦合板進(jìn)行放電。 4）試驗(yàn)等級

4、2.4 過程儀表的抗擾度試驗(yàn)等級標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 18268-2000(等同IEC 61326-1997) 測量、控制和實(shí)驗(yàn)室用的電設(shè)備電磁兼容性要求浪涌：3級。電源端口：1KV/2KV,其它端口：1KV和電快速瞬變脈沖群：3級。電源端口：2KV,其它端口：1KV靜電放電（外殼）：接觸放電：2級（4KV）；空氣放電：3級（4KV）關(guān)于直流電源端口的理解：連接與直流配電網(wǎng)絡(luò)的端口。沒有連接與直流配電網(wǎng)絡(luò)的端口，應(yīng)當(dāng)做I/O端口/控制端口處理7）4 瞬態(tài)電壓的防護(hù)基本方法：吸收；濾波4.1吸收用器件陶瓷放電管GAS TUBE 陶瓷氣體放電管是一種陶瓷封裝的、內(nèi)充低壓惰性氣體的開關(guān)型保護(hù)器件，一般分二

5、電極和三電極兩種結(jié)構(gòu)。基本的工作原理是氣體放電。當(dāng)極間的電場強(qiáng)度超過氣體的擊穿強(qiáng)度時，就引起間隙放電，從而限制了極間的電壓，使與放電管并聯(lián)的其它器件得到保護(hù)。其產(chǎn)品主要特點(diǎn)是：放電電流大（達(dá)20KA以上），極間電容小（3pF），絕緣電阻高（10G）.擊穿電壓分散性較大（20%），反應(yīng)速度稍慢（最短為0.10.2s），有續(xù)流問題。半導(dǎo)體放電管SIDACTOR (硅對稱二端開關(guān)元件)半導(dǎo)體放電管是一種PNPN組件( Thyristor，一個無門電極的自由電壓控制的可控硅),當(dāng)電壓超過它的斷態(tài)峰值電壓(或稱雪崩電壓)時，半導(dǎo)體放電會將瞬態(tài)電壓箝制到組件的開關(guān)電壓(或稱轉(zhuǎn)折電壓)值之內(nèi)。電壓繼續(xù)增大時

6、，半導(dǎo)體放電管由于負(fù)阻效應(yīng)進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，只有在當(dāng)電流小于維持電流時，組件才復(fù)位并恢復(fù)到它的高阻抗?fàn)顟B(tài)。特點(diǎn)：快速響應(yīng)（1納秒）啟動電壓范圍5V- 550V，瞬間沖擊電流50A- 3000A； 無極性，雙向浪涌保護(hù)、對浪涌有良好的吸收性； 具有單芯片、雙芯片及三芯片3端子平衡型；有表面安裝型（DO-214AA）。有續(xù)流問題。玻璃放電管SPARK GAP 玻璃放電管”將半導(dǎo)體Si集成在氣體放電管里，使該產(chǎn)品集氣體放電管的大浪涌電流和半導(dǎo)體的高速響應(yīng)于一體，克服了原氣體放電管響應(yīng)速度慢（s級）和半導(dǎo)體管耐浪涌電流弱的缺點(diǎn)、具有響應(yīng)速度快（ns級）、耐沖擊、性能穩(wěn)定、重復(fù)性好和壽命長等優(yōu)點(diǎn)。電流承受能

7、力強(qiáng)：500A （8/20s）1000A （8/20s），3000A （8/20s）靜電容量小于2pF（1KHZ），鉗制電壓接近其直流轉(zhuǎn)折電壓，從而能及時有效地吸收瞬間高電壓，動作速度明顯優(yōu)于普通氣體放電管和其他保護(hù)單元。更新?lián)Q代容易，可直接替代LC濾波組件、熱敏電阻、壓敏電阻及其他過電壓保護(hù)器件。廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)、通訊等設(shè)備過壓過流的板級防護(hù)。有續(xù)流問題。壓敏電阻VARISTOR壓敏電阻是一種以氧化鋅為主要成份的金屬氧化物半導(dǎo)體非線性電阻元件；電阻對電壓較敏感，當(dāng)電壓達(dá)到一定數(shù)值時，電阻迅速導(dǎo)通。由于壓敏電阻具有良好的非線特性、通流量大、殘壓水平低、動作快和無續(xù)流等特點(diǎn)。當(dāng)壓敏電阻在抑制暫態(tài)過

8、電壓時能量超過其額定容量時，壓敏電阻會因過熱而損壞，主要表現(xiàn)為短路、開路。其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備防雷,開關(guān)電源,電力設(shè)備等產(chǎn)品. 產(chǎn)品根據(jù)承受的耐沖擊量不同 型號主要分為,05D 07D 10D 14D 20D 25D 32D 34S 4OD 53D等瞬態(tài)抑制二極管TVS (Transient Voltage Suppressor )TVS的電氣特性由P-N結(jié)面積，參雜濃度及晶片阻質(zhì)決定的。其耐突波電流的能力與其P-N結(jié)面積成正比。特點(diǎn)是反映速度快(為pS級)，體積小，箝位電壓低，可靠性高。10/1000s波脈沖功率從400W30000W，脈沖峰值電流從幾安幾百安。常用的TVS管的擊穿電壓有

9、從2.8V到550V的系列值。且可靠性高，在TVS管規(guī)范之工作范圍內(nèi)，性能可靠，不易劣化，使用壽命長。低電容TVS低電容TVS由TVS和高速二極管串聯(lián)組成，降低了等效結(jié)電容，適合做通信端口的保護(hù)。幾種過電壓吸收器件的性能比較器件最大通流量工作電壓范圍響應(yīng)時間殘壓極間電容用途陶瓷氣體放電管(開關(guān)型)20KA(8/20s)703500V100200ns注13pF浪涌半導(dǎo)體放電管(開關(guān)型)3KA(8/20s)5500V(現(xiàn)6320V)1ns注130110pF浪涌玻璃放電管(開關(guān)型)3KA1405000Vns級注12pF浪涌壓敏電阻70KA(8/20s,單次)181800V50ns最大鉗位電壓是變位電

10、壓的1.652.1倍幾十幾萬pF浪涌TVS30KW(10/1000s) 注22.8V550V1ps最大鉗位電壓是變位電壓的1.61.9倍幾十1萬pF浪涌，快速脈沖群，靜電低電容TVS24A(8/20s)40A(5/50ns)336V1ns（？）最大鉗位電壓是變位電壓的1.61.9倍5pF浪涌，快速脈沖群，靜電高速二極管（鉗位接法）1ns（？）幾pF浪涌，快速脈沖群，靜電注1：開關(guān)型元件的擊穿電壓和電壓上升率有關(guān)，例如：標(biāo)稱的直流擊穿電壓是在100/s時測得的。70V的陶瓷放電管的沖擊擊穿電壓100V/uS時為600V，1000V/uS時為700V；3500V的陶瓷放電管的沖擊擊穿電壓100V/

11、uS時為5400V，1000V/uS時為5500V。因此，對低于沖擊擊穿電壓的浪涌起不到保護(hù)作用。開關(guān)型元件還存在續(xù)流問題：當(dāng)開關(guān)型元件擊穿以后，如果線路上的工作電壓大于元件的滅弧電壓，則元件不能截止，電路不能正常工作，可能損壞元件。注2 8/20s下的峰值功率大約為10/1000s下的57倍4.2濾波用元器件 電容、電感、鐵氧體元件（含磁珠）磁珠：阻抗（100MHz）：幾十幾K；額定電流：100mA10A；直流電阻：10-2幾IC、連接器用,2070(100MHz) IC、扁平電纜用 扁平電纜用，25100(100MHz)電纜用,最小35100(50500MHz)T型濾波器 表貼電感 直插電

12、感 色碼電感（軸向出線） 色碼電感（徑向出線） 共模扼流圈：在磁環(huán)上用雙線并繞，或在其它閉磁路的磁芯上分段同向繞相同的匝數(shù)，使得它對差模信號無感抗（磁通抵消），對共模信號呈現(xiàn)很大的電感?？构材V波器由共模扼流圈和差模濾波電容C1、共模濾波電容C2、C3構(gòu)成。C2、C3的位置應(yīng)該在輸入端。如果在輸入端，則當(dāng)干擾信號源內(nèi)阻較低時，效果很差。C1的位置在輸入端或輸出端效果接近，但差模、共模干擾同時作用，且差模干擾很強(qiáng)時，有可能使鐵心飽和，失去對共模干擾的濾波作用。所以，C1在輸入端為好。 4.3 典型電路4.3.1 交流電源端口 浪涌吸收為兩級，第一級的Rv1Rv3為壓敏電阻，G1為放電管。第二級為

13、TVS管。Z1和Z2為兩級之間的去耦元件，起延遲和限流作用可以是電感（數(shù)十H）、電阻或自恢復(fù)保險絲，由于TVS的通流量小，速度比第一級快，而第一級應(yīng)吸收浪涌的主要部分，所以必須加Z1和Z2。L1和C1C3構(gòu)成抗共模濾波器。Lb1、Lb2為電感或磁珠，構(gòu)成第二級濾波。有電源變壓器時，TVS可放在變壓器次級。TVS、抗共模濾波器和第二級濾波對快速脈沖群、靜電放電都起作用，但電感量應(yīng)是uH級。電感量大的線圈分布電容大，快速脈沖群、靜電放電干擾可通過。4.3.2 I/O /控制端口和非接入配電網(wǎng)的DC電源端口 當(dāng)端口有一端接地時，Z2、TVS2、TVS3、C3、C5、Lb2不用，L1用mH級的電感代替，Lb1用磁珠。Z1、Z2的應(yīng)用可以減小TVS管的容量，如果TVS管的容量能滿足要求，Z1/Z2不用。但Z為電阻R時，設(shè)浪涌信號發(fā)生器試驗(yàn)電壓為Us，源電阻為Rs，TVS管的通流量為I（10/1000s），則應(yīng)滿足R的大小還