EMC-瞬態(tài)電壓的抗擾度試驗及防護

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

2、驗信號電壓）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)生器的內阻)，耦合電容18F線對地：2(信號發(fā)生器的內阻)+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，視作其它端口 對其它非屏蔽非對稱端口：2(信號發(fā)生器的內阻)+40, 耦合電容0.5F或用放電管耦合（當電容耦合會影響被試設備工作時） 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驗 標準：GB/T 17626.4-1998 電磁兼容 試驗和測量技術 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗（等同采用IEC61000-4-4：19

3、95）1）試驗信號2）抗擾度等級（實驗信號電壓）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靜電放電抗擾度實驗 標準：GB/T 17626.2-1998電磁兼容 試驗和測量技術 靜電放電抗擾度試驗（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 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，應穿入漆膜，進行接觸放電。 (2) 間接放電：對設備附近的耦合板進行放電。 4）試驗等級

4、2.4 過程儀表的抗擾度試驗等級標準：GB/T 18268-2000(等同IEC 61326-1997) 測量、控制和實驗室用的電設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）關于直流電源端口的理解：連接與直流配電網(wǎng)絡的端口。沒有連接與直流配電網(wǎng)絡的端口，應當做I/O端口/控制端口處理7）4 瞬態(tài)電壓的防護基本方法：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、內充低壓惰性氣體的開關型保護器件，一般分二

5、電極和三電極兩種結構?；镜墓ぷ髟硎菤怏w放電。當極間的電場強度超過氣體的擊穿強度時，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。其產品主要特點是：放電電流大（達20KA以上），極間電容?。?pF），絕緣電阻高（10G）.擊穿電壓分散性較大（20%），反應速度稍慢（最短為0.10.2s），有續(xù)流問題。半導體放電管SIDACTOR (硅對稱二端開關元件)半導體放電管是一種PNPN組件( Thyristor，一個無門電極的自由電壓控制的可控硅),當電壓超過它的斷態(tài)峰值電壓(或稱雪崩電壓)時，半導體放電會將瞬態(tài)電壓箝制到組件的開關電壓(或稱轉折電壓)值之內。電壓繼續(xù)增大時

6、，半導體放電管由于負阻效應進入導通狀態(tài)，只有在當電流小于維持電流時，組件才復位并恢復到它的高阻抗狀態(tài)。特點：快速響應（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、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”將半導體Si集成在氣體放電管里，使該產品集氣體放電管的大浪涌電流和半導體的高速響應于一體，克服了原氣體放電管響應速度慢（s級）和半導體管耐浪涌電流弱的缺點、具有響應速度快（ns級）、耐沖擊、性能穩(wěn)定、重復性好和壽命長等優(yōu)點。電流承受能

7、力強：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器件。廣泛應用于網(wǎng)絡、通訊等設備過壓過流的板級防護。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體非線性電阻元件；電阻對電壓較敏感，當電壓達到一定數(shù)值時，電阻迅速導通。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。當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。其產品廣泛應用于電子設備防雷,開關電源,電力設備等產品. 產品根據(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結面積，參雜濃度及晶片阻質決定的。其耐突波電流的能力與其P-N結面積成正比。特點是反映速度快(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，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，降低了等效結電容，適合做通信端口的保護。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時間殘壓極間電容用途陶瓷氣體放電管(開關型)20KA(8/20s)703500V100200ns注13pF浪涌半導體放電管(開關型)3KA(8/20s)5500V(現(xiàn)6320V)1ns注130110pF浪涌玻璃放電管(開關型)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：開關型元件的擊穿電壓和電壓上升率有關，例如：標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作用。開關型元件還存在續(xù)流問題：當開關型元件擊穿以后，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。抗共模濾波器由共模扼流圈和差模濾波電容C1、共模濾波電容C2、C3構成。C2、C3的位置應該在輸入端。如果在輸入端，則當干擾信號源內阻較低時，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）、電阻或自恢復保險絲，由于TVS的通流量小，速度比第一級快，而第一級應吸收浪涌的主要部分，所以必須加Z1和Z2。L1和C1C3構成抗共模濾波器。Lb1、Lb2為電感或磁珠，構成第二級濾波。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，設浪涌信號發(fā)生器試驗電壓為Us，源電阻為Rs，TVS管的通流量為I（10/1000s），則應滿足R的大小還