(2)電磁干擾抑制--電磁干擾源

1、電磁干擾防護(hù)與電磁兼容設(shè)計(jì)電磁干擾防護(hù)與電磁兼容設(shè)計(jì)電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲電磁驅(qū)動(dòng)與控制研究所電磁驅(qū)動(dòng)與控制研究所目錄目錄電磁干擾源的一般分類(lèi)自然干擾源自然干擾源人為干擾源人為干擾源電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲由于構(gòu)成電磁干擾有三個(gè)要素，即：由于構(gòu)成電磁干擾有三個(gè)要素，即：干擾源（噪聲）干擾源（噪聲）噪聲的耦合途徑噪聲的耦合途徑噪聲接收器（被干擾設(shè)備）噪聲接收器（被干擾設(shè)備）因此，電磁兼容設(shè)計(jì)的任務(wù)概括起來(lái)說(shuō)就是：因此，電磁兼容設(shè)計(jì)的任務(wù)概括起來(lái)說(shuō)就是： 削弱干擾源的能量削弱干擾源的能量隔離或減弱噪聲耦合的途徑隔離或減弱噪聲耦合的途徑提高設(shè)備對(duì)電磁干擾的抵抗能力。提高設(shè)備

2、對(duì)電磁干擾的抵抗能力。電磁噪聲的一般分類(lèi)電磁噪聲的一般分類(lèi)電磁干擾源電磁干擾源-電磁噪聲電磁噪聲電磁干擾源的分類(lèi)電磁干擾源的分類(lèi)有意干擾有意干擾無(wú)意干擾無(wú)意干擾按其來(lái)源按其來(lái)源自然干擾源自然干擾源人為干擾源人為干擾源干擾時(shí)域、頻域干擾時(shí)域、頻域特征特征連續(xù)干擾連續(xù)干擾瞬態(tài)干擾瞬態(tài)干擾耦合方式耦合方式傳導(dǎo)干擾傳導(dǎo)干擾輻射干擾輻射干擾干擾戰(zhàn)的重要手段干擾戰(zhàn)的重要手段干擾功能干擾功能是指由于大自然現(xiàn)象所造成的各是指由于大自然現(xiàn)象所造成的各種電磁噪聲。他們主要包括大氣種電磁噪聲。他們主要包括大氣層噪聲，如雷電，太陽(yáng)異常電磁層噪聲，如雷電，太陽(yáng)異常電磁輻射及來(lái)自宇宙的電磁輻射噪聲輻射及來(lái)自宇宙的電磁輻射

3、噪聲等等電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲電磁噪聲的一般分類(lèi)電磁噪聲的一般分類(lèi)電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲有意干擾有意干擾美國(guó)美國(guó)“徘徊者徘徊者”干擾機(jī)干擾機(jī)干干擾擾功功能能有意干擾有意干擾無(wú)意干擾無(wú)意干擾干擾戰(zhàn)的重要手段干擾戰(zhàn)的重要手段 電磁干擾和電磁兼容主要電磁干擾和電磁兼容主要是指無(wú)意電磁干擾和在實(shí)際工是指無(wú)意電磁干擾和在實(shí)際工作現(xiàn)場(chǎng)的電磁兼容作現(xiàn)場(chǎng)的電磁兼容最常見(jiàn)的自然電磁干擾源：大氣層噪聲、雷電、最常見(jiàn)的自然電磁干擾源：大氣層噪聲、雷電、太陽(yáng)異常電磁輻射以及來(lái)自宇宙的電磁輻射噪聲太陽(yáng)異常電磁輻射以及來(lái)自宇宙的電磁輻射噪聲典型的嚴(yán)重雷擊電流波形圖典型的嚴(yán)重雷擊電流波形圖離離1

4、00KA雷擊點(diǎn)雷擊點(diǎn)4公里處，平均電流和開(kāi)路電壓波形圖公里處，平均電流和開(kāi)路電壓波形圖閃擊電流很大，最大可達(dá)兆安培量級(jí)，電流的上升時(shí)間為微秒量級(jí)閃擊電流很大，最大可達(dá)兆安培量級(jí)，電流的上升時(shí)間為微秒量級(jí)持續(xù)時(shí)間可達(dá)幾個(gè)毫秒至幾秒，它所輻射的電磁場(chǎng)頻率范圍大致為持續(xù)時(shí)間可達(dá)幾個(gè)毫秒至幾秒，它所輻射的電磁場(chǎng)頻率范圍大致為10HZ-300kHZ,主頻在主頻在數(shù)千赫茲數(shù)千赫茲。雖然雷擊直接破壞范圍小只有幾平方米或幾雖然雷擊直接破壞范圍小只有幾平方米或幾十平方米，但是它的電磁干擾，卻能傳播到十平方米，但是它的電磁干擾，卻能傳播到很遠(yuǎn)的地方很遠(yuǎn)的地方甬溫線特大交通事故甬溫線特大交通事故電磁干擾源電磁干擾源

5、電磁噪聲電磁噪聲自然電磁干擾自然電磁干擾其他的自然干擾源：其他的自然干擾源：太陽(yáng)異常電磁輻射噪聲太陽(yáng)異常電磁輻射噪聲太陽(yáng)黑子發(fā)射出的噪聲和太陽(yáng)黑子增加或活動(dòng)激烈時(shí)產(chǎn)生的磁暴太陽(yáng)黑子發(fā)射出的噪聲和太陽(yáng)黑子增加或活動(dòng)激烈時(shí)產(chǎn)生的磁暴其干擾信號(hào)的頻譜通常在數(shù)十兆赫茲范圍其干擾信號(hào)的頻譜通常在數(shù)十兆赫茲范圍宇宙輻射干擾源宇宙輻射干擾源宇宙輻射干擾源源于銀河系及超遠(yuǎn)星系的高能粒子運(yùn)動(dòng)和銀河系恒星體上宇宙輻射干擾源源于銀河系及超遠(yuǎn)星系的高能粒子運(yùn)動(dòng)和銀河系恒星體上的爆炸現(xiàn)象引起的電磁噪聲，其干擾信號(hào)的頻譜通常在數(shù)十兆赫茲到數(shù)萬(wàn)的爆炸現(xiàn)象引起的電磁噪聲，其干擾信號(hào)的頻譜通常在數(shù)十兆赫茲到數(shù)萬(wàn)赫茲的范圍赫茲的

6、范圍 基于上述這些自然電磁干擾源的特點(diǎn)，以上兩種干基于上述這些自然電磁干擾源的特點(diǎn)，以上兩種干擾主要影響宇航，通訊，信息圖像信號(hào)處理等有關(guān)的軍擾主要影響宇航，通訊，信息圖像信號(hào)處理等有關(guān)的軍用電子設(shè)備。對(duì)于工業(yè)、民用大部分電氣及電力電子設(shè)用電子設(shè)備。對(duì)于工業(yè)、民用大部分電氣及電力電子設(shè)備而言，我們需要著重考慮的自然電磁干擾源應(yīng)該是雷備而言，我們需要著重考慮的自然電磁干擾源應(yīng)該是雷電干擾。電干擾。電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲自然電磁干擾自然電磁干擾電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲人為電磁干擾人為電磁干擾人為電磁干擾源來(lái)源于各種電氣設(shè)備，涉及的范圍十分人為電磁干擾源來(lái)源于各種電氣設(shè)備，

7、涉及的范圍十分廣泛。根據(jù)這些干擾源的物理性質(zhì)，可大致分為五大類(lèi)：廣泛。根據(jù)這些干擾源的物理性質(zhì)，可大致分為五大類(lèi)：人為干擾源人為干擾源放電噪聲放電噪聲電磁感應(yīng)噪聲電磁感應(yīng)噪聲半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)過(guò)程和變流電路引起的噪聲半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)過(guò)程和變流電路引起的噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲物理或化學(xué)噪聲源物理或化學(xué)噪聲源電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲1)熱噪熱噪 Thernal Noise2)散粒噪聲散粒噪聲 Shot Noise3)接觸噪聲接觸噪聲 Contact Noise4)爆米花噪聲爆米花噪聲

8、 Popcorn Noise 在處理微信號(hào)為主以信號(hào)變換為主的通訊，宇航，遙感遙測(cè)，圖像信息處理，生在處理微信號(hào)為主以信號(hào)變換為主的通訊，宇航，遙感遙測(cè)，圖像信息處理，生物等工程應(yīng)用中，具有十分重要的影響。但在以處理能量轉(zhuǎn)換的電力電子應(yīng)用中，并物等工程應(yīng)用中，具有十分重要的影響。但在以處理能量轉(zhuǎn)換的電力電子應(yīng)用中，并不十分重要。不十分重要。1）電阻的熱噪聲）電阻的熱噪聲電阻熱噪聲源于電阻器發(fā)熱而引起的電子熱騷動(dòng)，它又稱(chēng)為電阻熱噪聲源于電阻器發(fā)熱而引起的電子熱騷動(dòng)，它又稱(chēng)為Johnson噪聲。用示波器觀察，它變現(xiàn)為包噪聲噪聲。用示波器觀察，它變現(xiàn)為包噪聲電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲元器件

9、的固有噪聲元器件的固有噪聲1)電阻熱噪聲電阻熱噪聲電阻熱噪聲源于電阻器發(fā)熱而引起的電子熱躁動(dòng)。用示波器觀察，它表現(xiàn)為白電阻熱噪聲源于電阻器發(fā)熱而引起的電子熱躁動(dòng)。用示波器觀察，它表現(xiàn)為白噪聲波形。噪聲波形。所有所有頻率頻率具有相同具有相同能量能量密度的隨機(jī)噪聲稱(chēng)為白噪聲。密度的隨機(jī)噪聲稱(chēng)為白噪聲。電阻器上產(chǎn)生的開(kāi)路噪聲電壓（有效值）為電阻器上產(chǎn)生的開(kāi)路噪聲電壓（有效值）為:KTBRU4r其中其中K -波爾茨曼常數(shù)波爾茨曼常數(shù)T -絕對(duì)溫度（絕對(duì)溫度（K）B -被分析系統(tǒng)（電路）的等效噪聲寬帶或系統(tǒng)等效電壓增益平方帶寬被分析系統(tǒng)（電路）的等效噪聲寬帶或系統(tǒng)等效電壓增益平方帶寬 HZR -電阻器的

10、阻值，（電阻器的阻值，（）KJ/1038.123-電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲以一個(gè)低通電路為例，其實(shí)際電壓增量平方特性及等效噪聲寬帶如圖所示以一個(gè)低通電路為例，其實(shí)際電壓增量平方特性及等效噪聲寬帶如圖所示其中：其中：0220dt)f(1AAB低通電路實(shí)際的及等效的噪聲帶寬低通電路實(shí)際的及等效的噪聲帶寬電阻熱噪聲的等效電路電阻熱噪聲的等效電路在電路分析中，熱噪聲可用電壓源或電流在電路分析中，熱噪聲可用電壓源或電流源等效電路表示。源等效電路表示。電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲 雖然電阻熱噪聲的有效值噪聲電壓具有明確的定

11、義，但是雖然電阻熱噪聲的有效值噪聲電壓具有明確的定義，但是由于它是隨機(jī)的白噪聲信號(hào)，它的瞬時(shí)值只能用幾率加以定由于它是隨機(jī)的白噪聲信號(hào)，它的瞬時(shí)值只能用幾率加以定義。熱噪聲的瞬時(shí)值具有高斯分布的特征。下圖是電阻熱噪義。熱噪聲的瞬時(shí)值具有高斯分布的特征。下圖是電阻熱噪聲的幾率密度函數(shù)分布圖。聲的幾率密度函數(shù)分布圖。電阻熱噪聲的高斯正態(tài)幾率密度函數(shù)分布圖電阻熱噪聲的高斯正態(tài)幾率密度函數(shù)分布圖電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲2）散粒噪聲）散粒噪聲 散粒噪聲是電流流過(guò)勢(shì)壘而產(chǎn)生的噪聲。它主要存在于電子管和半導(dǎo)體器件中。在電子管中，散粒噪聲是電流流過(guò)勢(shì)壘而產(chǎn)生的噪聲。

12、它主要存在于電子管和半導(dǎo)體器件中。在電子管中，熱陰極電子發(fā)射存在著隨機(jī)性。在半導(dǎo)體器件中，載流子越過(guò)壁壘的擴(kuò)散電流和漂移電流以及在熱陰極電子發(fā)射存在著隨機(jī)性。在半導(dǎo)體器件中，載流子越過(guò)壁壘的擴(kuò)散電流和漂移電流以及在長(zhǎng)基區(qū)中電子空穴對(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合過(guò)程也是隨機(jī)的。這些載流子的隨機(jī)性造成了電流的隨機(jī)波動(dòng)長(zhǎng)基區(qū)中電子空穴對(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合過(guò)程也是隨機(jī)的。這些載流子的隨機(jī)性造成了電流的隨機(jī)波動(dòng)散粒噪聲電流的有效值定義為：散粒噪聲電流的有效值定義為：BIIDCSHq2其中：其中：q - 電子電荷（電子電荷（ ）-流過(guò)器件的直流電流（流過(guò)器件的直流電流（A） B -噪聲帶寬，（噪聲帶寬，（HZ）這種噪聲與前述電

13、阻熱噪聲相似，它的功率密度與頻率無(wú)關(guān)，其幅度呈高斯分布。從上式可得這種噪聲與前述電阻熱噪聲相似，它的功率密度與頻率無(wú)關(guān)，其幅度呈高斯分布。從上式可得DCSHIBI10DC1066.5qI2因此，通過(guò)測(cè)量流過(guò)器件的直流電流，就可以很方便的計(jì)算出這種噪聲因此，通過(guò)測(cè)量流過(guò)器件的直流電流，就可以很方便的計(jì)算出這種噪聲DCIC19-106.1電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲3）接觸噪聲）接觸噪聲兩導(dǎo)體接觸時(shí)，兩導(dǎo)體接觸時(shí)，接觸不良造成的電導(dǎo)率的波動(dòng)接觸不良造成的電導(dǎo)率的波動(dòng)將會(huì)造成接觸噪聲。很顯然，它在于兩塊導(dǎo)將會(huì)造成接觸噪聲。很顯然，它在于兩塊導(dǎo)體相接觸的任何場(chǎng)合

14、，例如：繼電器和開(kāi)關(guān)的觸頭，晶體管和集成電路芯片電極引出部分，體相接觸的任何場(chǎng)合，例如：繼電器和開(kāi)關(guān)的觸頭，晶體管和集成電路芯片電極引出部分，合成電阻，碳質(zhì)麥克風(fēng)等。合成電阻，碳質(zhì)麥克風(fēng)等。接觸噪聲，在電阻器中又稱(chēng)為剩余噪聲（接觸噪聲，在電阻器中又稱(chēng)為剩余噪聲（Excess Nosie），在電子管中常稱(chēng)為閃爍噪），在電子管中常稱(chēng)為閃爍噪聲（聲（Flicker Noise），在半導(dǎo)體器件中，由于它獨(dú)特的頻率特性，又稱(chēng)為），在半導(dǎo)體器件中，由于它獨(dú)特的頻率特性，又稱(chēng)為1/f噪聲，噪聲，或者低頻噪聲。因?yàn)轭l率很低的時(shí)候，該噪聲具有下述的頻率特性：或者低頻噪聲。因?yàn)轭l率很低的時(shí)候，該噪聲具有下述的頻率

15、特性：fkIBIDCf其中，其中， -通過(guò)其間直流電流的平均值（通過(guò)其間直流電流的平均值（A）f -頻率，（頻率，（HZ）k -與材料及電極幾何形狀有關(guān)的常數(shù)與材料及電極幾何形狀有關(guān)的常數(shù)B -頻率頻率f為中心的頻帶，（為中心的頻帶，（HZ）DCI電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲4）爆米花噪聲）爆米花噪聲電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲物理或化學(xué)噪聲物理或化學(xué)噪聲物理或化學(xué)噪聲源物理或化學(xué)噪聲源1）原電池噪聲）原電池噪聲 眾所周知，如果將兩塊不同的金屬互相接觸，并且其間隙中存在著潮氣眾所周知，如果將兩塊不同的金屬互相接觸，并且其間隙中存在著潮氣和水的話，

16、則它們會(huì)構(gòu)成一個(gè)化學(xué)濕電池系統(tǒng)。該電池的端電壓大小取決于和水的話，則它們會(huì)構(gòu)成一個(gè)化學(xué)濕電池系統(tǒng)。該電池的端電壓大小取決于兩塊金屬材料及它們?cè)谠姵匦蛄斜碇械奈恢?。兩塊金屬材料及它們?cè)谠姵匦蛄斜碇械奈恢谩?這里我們對(duì)原電池噪聲舉一個(gè)例子：最不理想但又最常見(jiàn)到的情況，是這里我們對(duì)原電池噪聲舉一個(gè)例子：最不理想但又最常見(jiàn)到的情況，是人們常常采用鋁和銅這樣的金屬組合，結(jié)果是鋁將會(huì)被腐蝕掉。如果在銅板人們常常采用鋁和銅這樣的金屬組合，結(jié)果是鋁將會(huì)被腐蝕掉。如果在銅板上再涂一層鉛上再涂一層鉛- -鋅焊料，由于鋁和鉛鋅焊料，由于鋁和鉛- -鋅焊料在原電池表中位置比較接近，由鋅焊料在原電池表中位置比較接近

17、，由原電池效應(yīng)造成的腐蝕將大大緩解。原電池效應(yīng)造成的腐蝕將大大緩解。常見(jiàn)的鋁銅合金常見(jiàn)的鋁銅合金電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲物理或化學(xué)噪聲物理或化學(xué)噪聲物理或化學(xué)噪聲源物理或化學(xué)噪聲源1）原電池噪聲）原電池噪聲第一組第一組1 錳錳2 鋅鋅 3 鍍鋅鋼鍍鋅鋼第二組4 鋁2S 8 鐵 5 鎘 9 不銹鋼6 鋁 17ST107 鋼第三組10 鉛鋅焊料13 鎳（未鈍化）11 鉛14 黃銅（青銅）12 錫15 銅16 黃銅第四組17 銅-鎳合金21 不銹鋼（鈍化）18 Monel19 銀焊料20 鎳（鈍化）第五組23 石墨24 金25 鉑原電池序列表原電池序列表金屬可分為五組，最好采用同一組的兩

18、種金屬，因?yàn)閮煞N不同的金屬在表中的位置離金屬可分為五組，最好采用同一組的兩種金屬，因?yàn)閮煞N不同的金屬在表中的位置離開(kāi)的越遠(yuǎn)，原電池產(chǎn)生的電壓越高，原電池的效應(yīng)的影響越嚴(yán)重開(kāi)的越遠(yuǎn)，原電池產(chǎn)生的電壓越高，原電池的效應(yīng)的影響越嚴(yán)重 。原電池效應(yīng)除產(chǎn)生。原電池效應(yīng)除產(chǎn)生噪聲電壓外，還會(huì)帶來(lái)金屬的腐蝕。噪聲電壓外，還會(huì)帶來(lái)金屬的腐蝕。電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲物理或化學(xué)噪聲物理或化學(xué)噪聲2）電解噪聲）電解噪聲 兩塊相同的金屬互相接觸，當(dāng)接觸面間存在電解液，并且流過(guò)直流電流時(shí)，將產(chǎn)兩塊相同的金屬互相接觸，當(dāng)接觸面間存在電解液，并且流過(guò)直流電流時(shí)，將產(chǎn)生電解反應(yīng)。結(jié)果在產(chǎn)生電解噪聲的同時(shí)，也會(huì)造

19、成金屬的腐蝕，腐蝕率則取決于流生電解反應(yīng)。結(jié)果在產(chǎn)生電解噪聲的同時(shí)，也會(huì)造成金屬的腐蝕，腐蝕率則取決于流過(guò)電流的大小和電解液的導(dǎo)電率。很顯然，這種電解效應(yīng)主要造成金屬腐蝕和損害，過(guò)電流的大小和電解液的導(dǎo)電率。很顯然，這種電解效應(yīng)主要造成金屬腐蝕和損害，特別在大功率電力電子裝置中，由于廣泛采用流過(guò)大電流的接線排，設(shè)備的工作環(huán)境特別在大功率電力電子裝置中，由于廣泛采用流過(guò)大電流的接線排，設(shè)備的工作環(huán)境通常比較惡劣，上述電解效應(yīng)是不容忽視的。通常比較惡劣，上述電解效應(yīng)是不容忽視的。3）摩擦及導(dǎo)線移動(dòng)造成的噪聲）摩擦及導(dǎo)線移動(dòng)造成的噪聲 通常，導(dǎo)線中的金屬芯線與其絕緣外套不可能保持固定的緊密接觸，以通

20、常，導(dǎo)線中的金屬芯線與其絕緣外套不可能保持固定的緊密接觸，以致當(dāng)彎曲電纜線時(shí)，兩者相互摩擦?xí)a(chǎn)生感應(yīng)電荷，造成摩擦噪聲，它的表致當(dāng)彎曲電纜線時(shí)，兩者相互摩擦?xí)a(chǎn)生感應(yīng)電荷，造成摩擦噪聲，它的表現(xiàn)形式也是隨機(jī)的。減小這種噪聲的方法，是避免電纜過(guò)度的彎曲或采用特現(xiàn)形式也是隨機(jī)的。減小這種噪聲的方法，是避免電纜過(guò)度的彎曲或采用特殊的化學(xué)處理，使絕緣介質(zhì)上產(chǎn)生電荷的可能性大大減小。殊的化學(xué)處理，使絕緣介質(zhì)上產(chǎn)生電荷的可能性大大減小。 此外，當(dāng)一根導(dǎo)線在磁場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，因切割磁力線會(huì)在導(dǎo)線兩端產(chǎn)生感應(yīng)此外，當(dāng)一根導(dǎo)線在磁場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，因切割磁力線會(huì)在導(dǎo)線兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓，通常，電壓，通常，電源線和大功率電力

21、電子裝置功率回路導(dǎo)線中常流過(guò)較大的電電源線和大功率電力電子裝置功率回路導(dǎo)線中常流過(guò)較大的電流，所以它的周?chē)臻g里存在著相當(dāng)強(qiáng)的雜散磁場(chǎng)。如果低電平的信號(hào)線移流，所以它的周?chē)臻g里存在著相當(dāng)強(qiáng)的雜散磁場(chǎng)。如果低電平的信號(hào)線移動(dòng)的時(shí)候，就必然會(huì)因之產(chǎn)生感應(yīng)干擾信號(hào)，這種干擾在存在著強(qiáng)烈機(jī)械震動(dòng)的時(shí)候，就必然會(huì)因之產(chǎn)生感應(yīng)干擾信號(hào)，這種干擾在存在著強(qiáng)烈機(jī)械震動(dòng)的裝置上表現(xiàn)的很突出。動(dòng)的裝置上表現(xiàn)的很突出。鉆井平臺(tái)，電動(dòng)汽車(chē)等等鉆井平臺(tái)，電動(dòng)汽車(chē)等等電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲放電噪聲放電噪聲這類(lèi)干擾源的共同特征是它們起源于放電（這類(lèi)干擾源的共同特征是它們起源于放電（Disch

22、arging）過(guò)程）過(guò)程在一個(gè)大氣壓的空氣中，曲率半徑較小的兩電極之間加上電壓，當(dāng)電壓慢慢升高時(shí)，最初在一個(gè)大氣壓的空氣中，曲率半徑較小的兩電極之間加上電壓，當(dāng)電壓慢慢升高時(shí)，最初電流很?。ǚQ(chēng)之為暗流），但是，當(dāng)電極的尖端因局部電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到空氣電離的臨界值時(shí)電流很?。ǚQ(chēng)之為暗流），但是，當(dāng)電極的尖端因局部電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到空氣電離的臨界值時(shí)氣體電離，滿足以下氣體擊穿條件：氣體電離，滿足以下氣體擊穿條件：式中，式中，d是兩電極之間的距離；是兩電極之間的距離； 為一個(gè)電子沿著陰極向陽(yáng)極方向運(yùn)動(dòng)單位路程時(shí)與氣體為一個(gè)電子沿著陰極向陽(yáng)極方向運(yùn)動(dòng)單位路程時(shí)與氣體原子碰撞所產(chǎn)生的電離次數(shù)。原子碰撞所產(chǎn)生的電離次

23、數(shù)。 為一個(gè)正離子轟擊陰極表面時(shí)從陰極溢出的二次電子數(shù)。為一個(gè)正離子轟擊陰極表面時(shí)從陰極溢出的二次電子數(shù)。上式表明，陰極的一個(gè)電子在飛向陽(yáng)極的過(guò)程中共產(chǎn)生上式表明，陰極的一個(gè)電子在飛向陽(yáng)極的過(guò)程中共產(chǎn)生 次電離碰撞，次電離碰撞，因而產(chǎn)生同樣數(shù)目的正離子，這些電子的數(shù)目仍為因而產(chǎn)生同樣數(shù)目的正離子，這些電子的數(shù)目仍為1。這樣就保持了放電的自持。這樣就保持了放電的自持特性。特性。 )1(0ddxe0(1)1ddxe電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲放電噪聲放電噪聲開(kāi)始時(shí)，在該尖端附近產(chǎn)生電暈放電（正常輝光放電段開(kāi)始時(shí)，在該尖端附近產(chǎn)生電暈放電（正常輝光放電段CD），若電壓繼續(xù)加高

24、，則繼而形成火），若電壓繼續(xù)加高，則繼而形成火花放電（異常輝光放電段花放電（異常輝光放電段DE）,最后過(guò)度到弧光放電（最后過(guò)度到弧光放電（F段）。氣體放電的全段）。氣體放電的全V-I放電特性放電特性 一個(gè)大氣壓的空氣中氣體放電的全一個(gè)大氣壓的空氣中氣體放電的全V-I特性示意圖特性示意圖在放電過(guò)程中，屬于在放電過(guò)程中，屬于持續(xù)放電的有電暈放持續(xù)放電的有電暈放電和弧光放電。屬于電和弧光放電。屬于瞬態(tài)放電的有靜電放瞬態(tài)放電的有靜電放電和電火花放電。伴電和電火花放電。伴隨著上述這些放電過(guò)隨著上述這些放電過(guò)程產(chǎn)生的放電噪聲，程產(chǎn)生的放電噪聲，通常均會(huì)產(chǎn)生通常均會(huì)產(chǎn)生 電磁干電磁干擾，有時(shí)對(duì)電路、裝擾，有

25、時(shí)對(duì)電路、裝置置 會(huì)造成危害。會(huì)造成危害。電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲(1)靜電放電靜電放電 （Electrostatic Discharge -ESD） 靜電早為人們所知，并被廣泛的應(yīng)用于靜電復(fù)印，靜電除塵，靜電噴涂等許多場(chǎng)合。可靜電早為人們所知，并被廣泛的應(yīng)用于靜電復(fù)印，靜電除塵，靜電噴涂等許多場(chǎng)合?？墒牵唇?jīng)過(guò)控制的靜電放電是，未經(jīng)過(guò)控制的靜電放電ESD，自，自60年代以來(lái)，已經(jīng)日益成為一個(gè)對(duì)電子工業(yè)造成危害的年代以來(lái)，已經(jīng)日益成為一個(gè)對(duì)電子工業(yè)造成危害的重要干擾源。重要干擾源。靜電的產(chǎn)生：兩種材料相靜電的產(chǎn)生：兩種材料相互摩擦和緊隨著分離會(huì)產(chǎn)互摩擦和緊隨著分離會(huì)產(chǎn)生靜電（摩擦效

26、應(yīng)）生靜電（摩擦效應(yīng)）靜電放電的大小不但與靜電放電的大小不但與電子親和力有關(guān)，同時(shí)電子親和力有關(guān)，同時(shí)也與材料表面的清潔度，也與材料表面的清潔度，接觸壓力，分離時(shí)間等接觸壓力，分離時(shí)間等有關(guān)系有關(guān)系放電噪聲放電噪聲按照材料電子親和力的次序列出一些典型的材料的摩按照材料電子親和力的次序列出一些典型的材料的摩擦順序列表。處于頂端的材料易于失去電子而生成正擦順序列表。處于頂端的材料易于失去電子而生成正電，處于底端的材料則易于獲得電子而帶負(fù)電。電，處于底端的材料則易于獲得電子而帶負(fù)電。電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲典型的靜電電壓舉例：典型的靜電電壓舉例：由以上的例子了解，在一塊絕

27、緣體上建立的靜電電壓有時(shí)可以高達(dá)幾千至由以上的例子了解，在一塊絕緣體上建立的靜電電壓有時(shí)可以高達(dá)幾千至幾萬(wàn)伏。因?yàn)樗厦娴碾姾刹荒茏杂梢苿?dòng)，所以不可能引起靜電放電而直幾萬(wàn)伏。因?yàn)樗厦娴碾姾刹荒茏杂梢苿?dòng)，所以不可能引起靜電放電而直接帶來(lái)什么問(wèn)題。可是，真正的危險(xiǎn)在于該絕緣體的高電位會(huì)在附近的導(dǎo)接帶來(lái)什么問(wèn)題?？墒牵嬲奈ｋU(xiǎn)在于該絕緣體的高電位會(huì)在附近的導(dǎo)體（金屬，碳棒，人體等）上產(chǎn)生感應(yīng)電荷，而導(dǎo)致靜電放電。體（金屬，碳棒，人體等）上產(chǎn)生感應(yīng)電荷，而導(dǎo)致靜電放電。電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲以主要靜電感應(yīng)干擾源之一，人的身體為例，圖中絕緣體以主要靜電感應(yīng)干擾源之一，人

28、的身體為例，圖中絕緣體I可以是人的衣可以是人的衣服，鞋，襪等物體，也可以是人體的皮膚。服，鞋，襪等物體，也可以是人體的皮膚。靜電感應(yīng)的過(guò)程靜電感應(yīng)的過(guò)程靜電感應(yīng)：帶電絕緣體靜電感應(yīng)：帶電絕緣體I 產(chǎn)生的靜電場(chǎng)產(chǎn)生的靜電場(chǎng)在附近的在附近的O產(chǎn)生感應(yīng)電荷產(chǎn)生感應(yīng)電荷正負(fù)電荷正負(fù)電荷物體物體O瞬時(shí)接地，電子導(dǎo)入大地瞬時(shí)接地，電子導(dǎo)入大地靜電感應(yīng)的結(jié)果使物體靜電感應(yīng)的結(jié)果使物體O上積累了一定的靜電電荷上積累了一定的靜電電荷電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲人體的等效電容和電阻如圖所人體的等效電容和電阻如圖所示，其中示，其中 為等效人體電容，為等效人體電容，它的大小取決于人體與周?chē)h(huán)它

29、的大小取決于人體與周?chē)h(huán)境條件，其值在境條件，其值在 之之間，間， 為等效人體電阻，它與為等效人體電阻，它與人身體產(chǎn)生靜電放電的具體部人身體產(chǎn)生靜電放電的具體部位有關(guān)，其大小在位有關(guān)，其大小在 之間，等效電感用以等效放電之間，等效電感用以等效放電電流的上升時(shí)間，通常取電流的上升時(shí)間，通常取0.1 以下，以下， 用以等效人體因靜電用以等效人體因靜電感應(yīng)積累的等效電荷效應(yīng)，其感應(yīng)積累的等效電荷效應(yīng)，其數(shù)值在數(shù)值在020kv之間。之間。在工業(yè)部門(mén)常用的人體靜電放在工業(yè)部門(mén)常用的人體靜電放電模型中，等效存儲(chǔ)能量視具電模型中，等效存儲(chǔ)能量視具體情況。體情況。人體的等效電容和電阻人體的等效電容和電阻bCp

30、F25050bRk10500電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲顯然，如果人體接觸一塊電路板或電子裝置的某一部分時(shí)，就可能造成靜電放電。顯然，如果人體接觸一塊電路板或電子裝置的某一部分時(shí)，就可能造成靜電放電。 3500V時(shí)，靜電放電電流可能不一定為人們感覺(jué)到，但一些現(xiàn)代場(chǎng)控器件，甚時(shí)，靜電放電電流可能不一定為人們感覺(jué)到，但一些現(xiàn)代場(chǎng)控器件，甚至因?yàn)閹装俜撵o電放電就可能損壞。下表表示了一些常見(jiàn)半導(dǎo)體器件的靜電放至因?yàn)閹装俜撵o電放電就可能損壞。下表表示了一些常見(jiàn)半導(dǎo)體器件的靜電放電損壞電壓參考值，供同學(xué)們學(xué)習(xí)參考。電損壞電壓參考值，供同學(xué)們學(xué)習(xí)參考。26 電力晶體管電力晶體管電

31、力晶體管（Giant TransistorGTR，直譯為巨型晶體管） 。耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（Bipolar Junction TransistorBJT），英文有時(shí)候也稱(chēng)為Power BJT。 應(yīng)用應(yīng)用20世紀(jì)80年代以來(lái)，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被IGBT和電力MOSFET取代。術(shù)語(yǔ)用法術(shù)語(yǔ)用法：電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲27 電力晶體管電力晶體管1）GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理圖圖1-15 GTR的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號(hào)和內(nèi)部載流子的流動(dòng)的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號(hào)和內(nèi)部載流子的流動(dòng) a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b)

32、電氣圖形符號(hào)電氣圖形符號(hào) c) 內(nèi)部載流子的流動(dòng)內(nèi)部載流子的流動(dòng)電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲 電力晶體管電力晶體管在應(yīng)用中，GTR一般采用共發(fā)射極接法。集電極電流ic與基極電流ib之比為 GTR的電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)，反映了基極電流對(duì)集電極電流的控制能力 。當(dāng)考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流Iceo時(shí)，ic和ib的關(guān)系為 ic= ib +Iceo 單管GTR的 值比小功率的晶體管小得多，通常為10左右，采用達(dá)林頓接法可有效增大電流增益。bcii空穴流空穴流電電子子流流c)EbEcibic= ibie=(1+ ) )ib1）GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理電磁干擾

33、源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲分為結(jié)型結(jié)型和絕緣柵型絕緣柵型通常主要指絕緣柵型絕緣柵型中的MOSMOS型型（Metal Oxide Semiconductor FET）簡(jiǎn)稱(chēng)電力MOSFET（Power MOSFET）結(jié)型電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管一般稱(chēng)作靜電感應(yīng)晶體管（Static Induction TransistorSIT） 特點(diǎn)特點(diǎn)用柵極電壓來(lái)控制漏極電流用柵極電壓來(lái)控制漏極電流驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小。驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小。開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高。開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高。熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)于熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)于GTR。電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過(guò)電流容量小，耐壓低，

34、一般只適用于功率不超過(guò)10kW的電力電子裝置的電力電子裝置 。電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲電力電力MOSFET的種類(lèi)的種類(lèi) 按導(dǎo)電溝道可分為P溝道溝道和N溝道溝道。 耗盡型耗盡型當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道。 增強(qiáng)型增強(qiáng)型對(duì)于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道。 電力MOSFET主要是N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型。DATASHEET1）電力）電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲電力電力MOSFET的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是單極型晶體管。是單極型晶體管。導(dǎo)電機(jī)理

35、與小功率導(dǎo)電機(jī)理與小功率MOS管相同，但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別。管相同，但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別。采用多元集成結(jié)構(gòu)，不同的生產(chǎn)廠家采用了不同設(shè)計(jì)。采用多元集成結(jié)構(gòu)，不同的生產(chǎn)廠家采用了不同設(shè)計(jì)。N+GSDP溝道b)N+N-SGDPPN+N+N+溝道a)GSDN溝道圖1-19圖圖1-19 電力電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷ｋ娏OSFET大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)為VMOSFET（Vertical MOSFET）。按垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的差異，分為利用V型槽實(shí)現(xiàn)垂直導(dǎo)電的VVMOSFET和具有垂直導(dǎo)電雙擴(kuò)散M

36、OS結(jié)構(gòu)的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET）。這里主要以VDMOS器件為例進(jìn)行討論。電力電力MOSFET的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲截止截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏，漏源極之間無(wú)電流流過(guò)。導(dǎo)電導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓UGS當(dāng)UGS大于UT時(shí)，P型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失，漏極和源極導(dǎo)電 。N+GSDP溝道b)N+N-SGDPPN+N+N+溝道a)GSDN溝道圖1-19圖圖1-19 電力電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電

37、氣圖形符號(hào)的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)電力電力MOSFET的工作原理的工作原理電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管兩類(lèi)器件取長(zhǎng)補(bǔ)短結(jié)合而成的復(fù)合器件Bi-MOS器件絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gate Bipolar TransistorIGBT或IGT）(DATASHEET 1 2 )GTR和MOSFET復(fù)合，結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)。1986年投入市場(chǎng)，是中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件。繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期再取代GTO的地位。 GTR和和GTO的特點(diǎn)的特點(diǎn)雙極型，電流驅(qū)動(dòng)，有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，雙極型，電流驅(qū)動(dòng)，有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通流能力很強(qiáng)，開(kāi)關(guān)

38、速度較低，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。通流能力很強(qiáng)，開(kāi)關(guān)速度較低，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。 MOSFET的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)單極型，電壓驅(qū)動(dòng)，開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻單極型，電壓驅(qū)動(dòng)，開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單?？垢?，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲351) IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極EEGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+發(fā)射極 柵極集電極注入?yún)^(qū)緩沖區(qū)漂移區(qū)J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)圖圖1-22 IG

39、BT的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化等效電路和電氣圖形符號(hào)的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化等效電路和電氣圖形符號(hào)a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b) 簡(jiǎn)化等效電路簡(jiǎn)化等效電路 c) 電氣圖形符號(hào)電氣圖形符號(hào)電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲圖1-22aN溝道VDMOSFET與GTR組合N溝道IGBT。IGBT比VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，具有很強(qiáng)的通流能力。簡(jiǎn)化等效電路表明，IGBT是GTR與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP晶體管。RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。EGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+發(fā)射極 柵極集電極注入?yún)^(qū)緩沖區(qū)漂移區(qū)J3J2J1GEC+-+-

40、+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)圖圖1-22 IGBT的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化等效電路和電氣圖形符號(hào)的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化等效電路和電氣圖形符號(hào)a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b) 簡(jiǎn)化等效電路簡(jiǎn)化等效電路 c) 電氣圖形符號(hào)電氣圖形符號(hào) IGBT的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲(2)電暈放電噪聲電暈放電噪聲電暈放電噪聲主要來(lái)自高壓輸電線，它屬于一種持續(xù)的放電電暈放電噪聲主要來(lái)自高壓輸電線，它屬于一種持續(xù)的放電干擾源。它的放電本質(zhì)是輸電線附近的空氣產(chǎn)生電離，發(fā)生干擾源。它的放電本質(zhì)是輸電線附近的空氣產(chǎn)生電離，

41、發(fā)生輝光（電暈）放電。伴隨著放電過(guò)程，產(chǎn)生電磁波輻射干擾。輝光（電暈）放電。伴隨著放電過(guò)程，產(chǎn)生電磁波輻射干擾。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在輸電線垂直方向上電暈噪聲強(qiáng)度的衰減與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在輸電線垂直方向上電暈噪聲強(qiáng)度的衰減與距離的平方成反比，而在距離的平方成反比，而在15kHZ400MHZ的頻率范圍內(nèi)，的頻率范圍內(nèi)，其衰減則和頻率成反比。電暈放電噪聲，主要對(duì)電力線載波其衰減則和頻率成反比。電暈放電噪聲，主要對(duì)電力線載波電話，低頻航空無(wú)線電以及調(diào)幅廣播等產(chǎn)生干擾，對(duì)于電池電話，低頻航空無(wú)線電以及調(diào)幅廣播等產(chǎn)生干擾，對(duì)于電池和調(diào)頻廣播產(chǎn)生干擾不大。和調(diào)頻廣播產(chǎn)生干擾不大。航空，航天對(duì)于電暈放電噪聲十分嚴(yán)格

42、航空，航天對(duì)于電暈放電噪聲十分嚴(yán)格電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲(3)輝光放電（輝光放電（GLOE Discharge） 持續(xù)持續(xù)的輝光放電物理現(xiàn)象已廣泛地應(yīng)用于離子管，等離子反應(yīng)器和低壓氣體放電燈中。除的輝光放電物理現(xiàn)象已廣泛地應(yīng)用于離子管，等離子反應(yīng)器和低壓氣體放電燈中。除此以外，在人們此以外，在人們所處的所處的電磁環(huán)境中，還存在一些不控的輝光放電干擾源。例如，電氣開(kāi)關(guān)接通電磁環(huán)境中，還存在一些不控的輝光放電干擾源。例如，電氣開(kāi)關(guān)接通（或斷開(kāi)）的瞬間，當(dāng)開(kāi)關(guān)兩觸頭間的距離在由（或斷開(kāi)）的瞬間，當(dāng)開(kāi)關(guān)兩觸頭間的距離在由“分開(kāi)分開(kāi)”（或閉合）過(guò)渡到（或閉合）過(guò)渡到“閉合閉

43、合”（或分開(kāi)）（或分開(kāi)）的狀態(tài)時(shí)，在一定的觸頭間隙內(nèi)，觸頭之間也會(huì)產(chǎn)生的狀態(tài)時(shí)，在一定的觸頭間隙內(nèi)，觸頭之間也會(huì)產(chǎn)生“輝光放電輝光放電”現(xiàn)象。所以，輝光放電噪聲現(xiàn)象。所以，輝光放電噪聲引起的干擾可能是持續(xù)的，也可能是瞬態(tài)的，它的特點(diǎn)是中壓，小電流。引起的干擾可能是持續(xù)的，也可能是瞬態(tài)的，它的特點(diǎn)是中壓，小電流。下面重點(diǎn)分析開(kāi)關(guān)觸頭接通或者斷開(kāi)過(guò)程中的輝光放電過(guò)程。下面重點(diǎn)分析開(kāi)關(guān)觸頭接通或者斷開(kāi)過(guò)程中的輝光放電過(guò)程。如前所述，當(dāng)滿足條件，兩觸頭之間的空氣電離如前所述，當(dāng)滿足條件，兩觸頭之間的空氣電離。擊穿電壓（擊穿電壓（ ）是電極間氣體，氣體壓）是電極間氣體，氣體壓力和觸頭之間的距離的函數(shù)力和

44、觸頭之間的距離的函數(shù)zU由圖可見(jiàn)，當(dāng)兩觸頭之間的距離為由圖可見(jiàn)，當(dāng)兩觸頭之間的距離為0.0076mm時(shí)，擊穿電壓最低，其典型時(shí)，擊穿電壓最低，其典型值值320V，而維持輝光放電的電壓則略低，而維持輝光放電的電壓則略低于于320V，約為，約為300V左右。左右。中壓中壓 小電流小電流電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲(4)弧光放電弧光放電持續(xù)弧光放電的典型應(yīng)用時(shí)電弧焊接和高壓氣體放電燈等。持續(xù)弧光放電的典型應(yīng)用時(shí)電弧焊接和高壓氣體放電燈等。 除此之外，與輝光放電類(lèi)似，當(dāng)電除此之外，與輝光放電類(lèi)似，當(dāng)電氣開(kāi)關(guān)換接時(shí)，開(kāi)關(guān)兩接頭之間在氣開(kāi)關(guān)換接時(shí)，開(kāi)關(guān)兩接頭之間在“開(kāi)開(kāi)”“”“關(guān)關(guān)

45、”瞬間也會(huì)產(chǎn)生不控的弧光放瞬間也會(huì)產(chǎn)生不控的弧光放電過(guò)程，這一過(guò)程會(huì)導(dǎo)致斷續(xù)的電磁干擾。電過(guò)程，這一過(guò)程會(huì)導(dǎo)致斷續(xù)的電磁干擾?；」夥烹姷牡湫吞攸c(diǎn)與輝光放電的特點(diǎn)相弧光放電的典型特點(diǎn)與輝光放電的特點(diǎn)相對(duì)偶對(duì)偶-低壓，大電流，它與輝光放電在低壓，大電流，它與輝光放電在物理本質(zhì)上的根本區(qū)別是它源于陰極電子物理本質(zhì)上的根本區(qū)別是它源于陰極電子發(fā)射而與氣體電離無(wú)關(guān)。發(fā)射而與氣體電離無(wú)關(guān)。(5)高頻電火花干擾高頻電火花干擾在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和日常生活中，除了前述哪些持續(xù)或斷續(xù)在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和日常生活中，除了前述哪些持續(xù)或斷續(xù)的輝光，弧光放電造成的電磁輻射干擾以為，還有很多電的輝光，弧光放電造成的電磁輻射干擾以

46、為，還有很多電力電子設(shè)備（如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火裝置，電焊機(jī)，高頻電火力電子設(shè)備（如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火裝置，電焊機(jī)，高頻電火花切割機(jī)等），更是直接的電磁干擾源，這些設(shè)備的電火花切割機(jī)等），更是直接的電磁干擾源，這些設(shè)備的電火花能量很大，電磁干擾強(qiáng)度也很強(qiáng)?；芰亢艽?，電磁干擾強(qiáng)度也很強(qiáng)。低壓低壓 大電流大電流電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲電磁波輻射噪聲電磁波輻射噪聲前節(jié)所分析的各種放電噪聲，是指前節(jié)所分析的各種放電噪聲，是指因放電產(chǎn)生的電磁波輻射噪聲，對(duì)因放電產(chǎn)生的電磁波輻射噪聲，對(duì)電子設(shè)備和系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾。而在電子設(shè)備和系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾。而在這一部分討論的則主要是指各種電這一部分討

47、論的則主要是指各種電磁波輻射裝置。向空間發(fā)射電磁波磁波輻射裝置。向空間發(fā)射電磁波所造成的電磁環(huán)境污染的問(wèn)題。這所造成的電磁環(huán)境污染的問(wèn)題。這里所指的電磁波輻射裝置，是泛指里所指的電磁波輻射裝置，是泛指所有可能輻射電磁波的電子裝置，所有可能輻射電磁波的電子裝置，例如無(wú)線電電視廣播，通訊，遙感，例如無(wú)線電電視廣播，通訊，遙感，遙控，遙測(cè)，雷達(dá)等各種發(fā)射機(jī)，遙控，遙測(cè)，雷達(dá)等各種發(fā)射機(jī)，這些裝置以向空間輻射電磁波為目這些裝置以向空間輻射電磁波為目的，但它們同時(shí)也會(huì)在相應(yīng)的發(fā)射的，但它們同時(shí)也會(huì)在相應(yīng)的發(fā)射頻率（包括它們的高次諧波）范圍頻率（包括它們的高次諧波）范圍內(nèi)對(duì)其他電子裝置造成干擾。內(nèi)對(duì)其他電

48、子裝置造成干擾。此外，還有一些裝置（例如中頻，此外，還有一些裝置（例如中頻，高頻感應(yīng)加熱電源，高頻開(kāi)關(guān)電高頻感應(yīng)加熱電源，高頻開(kāi)關(guān)電源，電子鎮(zhèn)流器，超聲波發(fā)生器，源，電子鎮(zhèn)流器，超聲波發(fā)生器，高速數(shù)字脈沖電路，核電磁脈沖高速數(shù)字脈沖電路，核電磁脈沖等）雖然不以向空間輻射電磁波等）雖然不以向空間輻射電磁波為目的，但是，它們也會(huì)在運(yùn)行為目的，但是，它們也會(huì)在運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁場(chǎng)。這些輻時(shí)，產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁場(chǎng)。這些輻射電磁場(chǎng)當(dāng)然也會(huì)構(gòu)成對(duì)電磁環(huán)射電磁場(chǎng)當(dāng)然也會(huì)構(gòu)成對(duì)電磁環(huán)境污染，在電力電子系統(tǒng)中，絕境污染，在電力電子系統(tǒng)中，絕大多數(shù)輻射噪聲源的頻率不是很大多數(shù)輻射噪聲源的頻率不是很高，多屬于近場(chǎng)輻

49、射電磁場(chǎng)干擾高，多屬于近場(chǎng)輻射電磁場(chǎng)干擾源源電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲電磁波輻射噪聲電磁波輻射噪聲電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)過(guò)程和變流電路引起的噪聲半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)過(guò)程和變流電路引起的噪聲隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，利用各種現(xiàn)代功率半導(dǎo)體快速開(kāi)關(guān)特性構(gòu)成的各種半導(dǎo)體變流隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，利用各種現(xiàn)代功率半導(dǎo)體快速開(kāi)關(guān)特性構(gòu)成的各種半導(dǎo)體變流裝置，日益廣泛地應(yīng)用于工業(yè)，商業(yè)，醫(yī)療，家電當(dāng)中。它們帶來(lái)的電磁環(huán)境污染問(wèn)題，裝置，日益廣泛地應(yīng)用于工業(yè)，商業(yè)，醫(yī)療，家電當(dāng)中。它們帶來(lái)的電磁環(huán)境污染問(wèn)題，已經(jīng)引起了人們廣泛的關(guān)注

50、。已經(jīng)引起了人們廣泛的關(guān)注。功率半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)過(guò)程造成的電磁干擾功率半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)過(guò)程造成的電磁干擾 所有半導(dǎo)體變流裝置主電路的核心部分是各類(lèi)現(xiàn)代功率半導(dǎo)體器件，如功率二極管（包括所有半導(dǎo)體變流裝置主電路的核心部分是各類(lèi)現(xiàn)代功率半導(dǎo)體器件，如功率二極管（包括快速恢復(fù)功率二極管）、大功率晶體管（快速恢復(fù)功率二極管）、大功率晶體管（BJT）、晶閘管（）、晶閘管（SCR和和GTO），復(fù)合場(chǎng)控功率晶體），復(fù)合場(chǎng)控功率晶體管（管（IGBT）和功率場(chǎng)效應(yīng)管（功率）和功率場(chǎng)效應(yīng)管（功率SIT和功率和功率MOSFET）等。這些裝置的控制部分，常常應(yīng)用）等。這些裝置的控制部分，常常應(yīng)用各種大規(guī)模數(shù)字集成電路，各

51、種大規(guī)模數(shù)字集成電路，DSP和和CPU芯片等高速集成電路。在這類(lèi)電力電子裝置中，無(wú)論是芯片等高速集成電路。在這類(lèi)電力電子裝置中，無(wú)論是主回路還是控制回路，在器件開(kāi)關(guān)過(guò)程中，都存在著很高的主回路還是控制回路，在器件開(kāi)關(guān)過(guò)程中，都存在著很高的di/dt，它們通過(guò)線路或元器件的，它們通過(guò)線路或元器件的引線電感引起瞬態(tài)電磁噪聲。它們的頻率可高達(dá)幾十千赫茲至幾百千赫茲乃至幾兆赫茲，成為引線電感引起瞬態(tài)電磁噪聲。它們的頻率可高達(dá)幾十千赫茲至幾百千赫茲乃至幾兆赫茲，成為不可忽視的噪聲源。不可忽視的噪聲源。電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)1）功率二極管開(kāi)關(guān)造成的噪聲）功率二極管

52、開(kāi)關(guān)造成的噪聲功率二極管開(kāi)、關(guān)過(guò)程中造成瞬態(tài)噪聲功率二極管開(kāi)、關(guān)過(guò)程中造成瞬態(tài)噪聲12tt 二極管長(zhǎng)基區(qū)大量過(guò)剩的載二極管長(zhǎng)基區(qū)大量過(guò)剩的載流子需要一段時(shí)間才能恢復(fù)流子需要一段時(shí)間才能恢復(fù)是一個(gè)非常窄是一個(gè)非常窄的尖脈沖，電的尖脈沖，電磁噪聲比開(kāi)通磁噪聲比開(kāi)通還要強(qiáng)還要強(qiáng)電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)實(shí)際上，功率二極管反向脈沖電流的幅度、脈沖寬度，和形實(shí)際上，功率二極管反向脈沖電流的幅度、脈沖寬度，和形狀，與二級(jí)管本身的特性及電路參數(shù)相關(guān)。由于反向恢復(fù)電狀，與二級(jí)管本身的特性及電路參數(shù)相關(guān)。由于反向恢復(fù)電流脈沖的幅度和流脈沖的幅度和 都很大，他們?cè)谝€電感和與

53、其相連都很大，他們?cè)谝€電感和與其相連的電路中，會(huì)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，從而造成很強(qiáng)的寬頻的的電路中，會(huì)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，從而造成很強(qiáng)的寬頻的瞬態(tài)電磁噪聲。瞬態(tài)電磁噪聲。在高頻開(kāi)關(guān)電源，高頻在高頻開(kāi)關(guān)電源，高頻DC/DC諧波變換器以及功率因數(shù)校諧波變換器以及功率因數(shù)校正電路等重復(fù)開(kāi)關(guān)頻率較高的變流器中，都要用到快恢復(fù)二正電路等重復(fù)開(kāi)關(guān)頻率較高的變流器中，都要用到快恢復(fù)二極管，它們的反向恢復(fù)時(shí)間通常在納秒量級(jí)，因此他們通過(guò)極管，它們的反向恢復(fù)時(shí)間通常在納秒量級(jí)，因此他們通過(guò)引線電感造成的瞬態(tài)電磁噪聲是不可忽略的。引線電感造成的瞬態(tài)電磁噪聲是不可忽略的。dtdir/電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁

54、噪聲2）SCR,GTO,BJT,IGBT在開(kāi)關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲在開(kāi)關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲雙極型器件雙極型器件GTO 門(mén)極可關(guān)斷晶閘管門(mén)極可關(guān)斷晶閘管BJT 電力晶體管電力晶體管IGBT 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管少少子子半半導(dǎo)導(dǎo)體體器器件件以以SCR為例：由于它包含為例：由于它包含3個(gè)個(gè)PN結(jié)，因此在關(guān)斷后的反向恢復(fù)電流，要比二結(jié)，因此在關(guān)斷后的反向恢復(fù)電流，要比二極管小得多，因此他們開(kāi)通時(shí)造成的電源噪聲，要比關(guān)斷時(shí)大。極管小得多，因此他們開(kāi)通時(shí)造成的電源噪聲，要比關(guān)斷時(shí)大。（A）SCR開(kāi)通時(shí)電流開(kāi)通時(shí)電流 電壓示意圖電壓示意圖（B）開(kāi)通時(shí)產(chǎn)生的噪聲）開(kāi)通時(shí)產(chǎn)生的噪聲電壓與電流的關(guān)系電壓與電

55、流的關(guān)系SCR的開(kāi)關(guān)過(guò)程造成瞬態(tài)噪聲的開(kāi)關(guān)過(guò)程造成瞬態(tài)噪聲半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲GTO門(mén)門(mén)極極可可關(guān)關(guān)斷斷晶晶閘閘管管GTO 門(mén)極可關(guān)斷晶閘管開(kāi)關(guān)過(guò)程中的陽(yáng)極電壓，電流波形及門(mén)極電壓，電流波形，分別如下圖所示門(mén)極可關(guān)斷晶閘管開(kāi)關(guān)過(guò)程中的陽(yáng)極電壓，電流波形及門(mén)極電壓，電流波形，分別如下圖所示由于依靠門(mén)極反向抽流關(guān)斷，門(mén)極的低電流增益導(dǎo)致它在關(guān)斷時(shí)，門(mén)極電流和電壓也會(huì)產(chǎn)生陡由于依靠門(mén)極反向抽流關(guān)斷，門(mén)極的低電流增益導(dǎo)致它在關(guān)斷時(shí)，門(mén)極電流和電壓也會(huì)產(chǎn)生陡峭的大電流和電壓脈沖，有時(shí)候還會(huì)因門(mén)極電路寄生電容和電感的影響而產(chǎn)生震蕩。因此，門(mén)峭的大電流和電壓脈沖，

56、有時(shí)候還會(huì)因門(mén)極電路寄生電容和電感的影響而產(chǎn)生震蕩。因此，門(mén)極電路產(chǎn)生的電磁噪聲，常常變成極電路產(chǎn)生的電磁噪聲，常常變成GTO中中EMI問(wèn)題的主要方面。問(wèn)題的主要方面。半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲BJT的情況與的情況與GTO情況類(lèi)似，只是它的開(kāi)關(guān)速度比情況類(lèi)似，只是它的開(kāi)關(guān)速度比GTO快，快，開(kāi)關(guān)時(shí)間在微妙量級(jí)，所以在它的集電極電流和電壓變化開(kāi)關(guān)時(shí)間在微妙量級(jí)，所以在它的集電極電流和電壓變化造成的瞬態(tài)電磁噪聲要比造成的瞬態(tài)電磁噪聲要比GTO嚴(yán)重得多。嚴(yán)重得多。BJT 電力晶體管電力晶體管IGBT 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBT屬于多子少子混合器件，

57、開(kāi)關(guān)速度比屬于多子少子混合器件，開(kāi)關(guān)速度比BJT更快，所更快，所以其電流變化造成的瞬態(tài)電磁噪聲比以其電流變化造成的瞬態(tài)電磁噪聲比BJT更大。但是由于更大。但是由于它是電壓控制器件，所以它的門(mén)極電路所造成的瞬態(tài)電磁它是電壓控制器件，所以它的門(mén)極電路所造成的瞬態(tài)電磁噪聲可以忽略不計(jì)。噪聲可以忽略不計(jì)。半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲3）功率場(chǎng)效應(yīng)管（）功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）在開(kāi)關(guān)過(guò)程中造成的噪）在開(kāi)關(guān)過(guò)程中造成的噪聲聲功率場(chǎng)效應(yīng)管屬于多子器件，不存在反向恢復(fù)問(wèn)題。但是開(kāi)關(guān)過(guò)程中功率場(chǎng)效應(yīng)管屬于多子器件，不存在反向恢復(fù)問(wèn)題。但是開(kāi)關(guān)過(guò)程中di/dt可可以達(dá)到很高

58、的數(shù)值，因而作用在電路中的寄生電感（電容）上，會(huì)產(chǎn)生很高的以達(dá)到很高的數(shù)值，因而作用在電路中的寄生電感（電容）上，會(huì)產(chǎn)生很高的瞬態(tài)電壓，電流和引起震蕩。所以，它與高速數(shù)字脈沖電路中所用的高速門(mén)電瞬態(tài)電壓，電流和引起震蕩。所以，它與高速數(shù)字脈沖電路中所用的高速門(mén)電路一樣，產(chǎn)生的瞬態(tài)點(diǎn)噪聲是不容忽視的。路一樣，產(chǎn)生的瞬態(tài)點(diǎn)噪聲是不容忽視的。4）高速數(shù)字脈沖電路中的門(mén)電路造成的開(kāi)關(guān)噪聲）高速數(shù)字脈沖電路中的門(mén)電路造成的開(kāi)關(guān)噪聲一塊邏輯門(mén)數(shù)字集成電路工作時(shí)，雖然只抽取幾毫安的電流，似乎不會(huì)造成什么噪一塊邏輯門(mén)數(shù)字集成電路工作時(shí)，雖然只抽取幾毫安的電流，似乎不會(huì)造成什么噪聲。可是，出于他們的開(kāi)關(guān)速度很高

59、，加上與它連接的那些導(dǎo)線的引線電感，使它聲?？墒?，出于他們的開(kāi)關(guān)速度很高，加上與它連接的那些導(dǎo)線的引線電感，使它們也成為不可忽視的噪聲源。因?yàn)楫?dāng)門(mén)電路的電流流過(guò)這些引線電感時(shí)，在它上面?zhèn)円渤蔀椴豢珊鲆暤脑肼曉?。因?yàn)楫?dāng)門(mén)電路的電流流過(guò)這些引線電感時(shí)，在它上面產(chǎn)生的電壓為：產(chǎn)生的電壓為：其中，其中，L是引線電感的數(shù)值，是引線電感的數(shù)值，di/dt是流過(guò)電路的電流變化率是流過(guò)電路的電流變化率dtdiLU 半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展 電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)電力半導(dǎo)體器件的容量與頻率特性電力半導(dǎo)體器件的容量與頻率特性電磁

60、干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)高壓變頻器的種類(lèi)交交-交變頻調(diào)速交變頻調(diào)速交交-直直-交變頻調(diào)速交變頻調(diào)速傳統(tǒng)交傳統(tǒng)交-交變頻調(diào)速交變頻調(diào)速新型交新型交-交變頻調(diào)速交變頻調(diào)速電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)傳統(tǒng)的交傳統(tǒng)的交- -交變頻調(diào)速交變頻調(diào)速u(mài)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠, ,功率等級(jí)大功率等級(jí)大 u缺點(diǎn)缺點(diǎn): :不能實(shí)現(xiàn)寬范圍的連續(xù)調(diào)頻控制不能實(shí)現(xiàn)寬范圍的連續(xù)調(diào)頻控制, ,功率因數(shù)低功率因數(shù)低, ,轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，諧波分量造成的鐵損較大脈動(dòng)大，諧波分量造成的鐵損較大 電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)