EMC-瞬态电压的抗扰度试验及防护

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1、EMC-瞬态电压的抗扰度试验及防护1 种类 浪涌（冲击）Surge：雷电，（开关）操作过电压电快速瞬变脉冲群 Electrical fast transient/burst，EFT/B：切断电感性负载等引起静电放电Static electricity discharge 或Electrostatic discharge（ESD）：人体或机器静电放电2 抗扰度实验方法2.1 浪涌抗扰度实验 标准：GB/T 17626.5-1999 电磁兼容 试验和测量技术 浪涌（冲击）抗扰度试验 （等同采用IEC61000-4-5：1995）1）试验信号 对应的短路电流波形为10/350s。2） 抗扰度等级（试

2、验信号电压）3） 针对电源端口和非电源端口采用不同的信号源电阻和耦合方式 对电源端口： 线对线：2(信号发生器的内阻)，耦合电容18F线对地：2(信号发生器的内阻)+10, 耦合电容9F（美国等国家用2）对直流电源端口，如果不是连接到配电电源网络，视作其它端口 对其它非屏蔽非对称端口：2(信号发生器的内阻)+40, 耦合电容0.5F或用放电管耦合（当电容耦合会影响被试设备工作时） 对其它非屏蔽对称端口：如下图 对屏蔽端口：（略）2.2电快速瞬变脉冲群抗扰度实验 标准：GB/T 17626.4-1998 电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验（等同采用IEC61000-4-4：19

3、95）1）试验信号2）抗扰度等级（实验信号电压）3） 耦合方式对电源端口：电容耦合，33nF耦合电容对其它端口：容性耦合夹或金属箔等2.3静电放电抗扰度实验 标准：GB/T 17626.2-1998电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验（等同采用IEC61000-4-2：1995）1） 静电放电模型2） 静电发生器等效电路及放电电流波形 3）试验方法 (1) 直接放电 接触放电（优先选用）：外壳，允许用户维修的点 空气放电（不能使用接触放电时）：表面涂漆，且制造厂家指明是绝缘层，则使用空气放电，否则，应穿入漆膜，进行接触放电。 (2) 间接放电：对设备附近的耦合板进行放电。 4）试验等级

4、2.4 过程仪表的抗扰度试验等级标准：GB/T 18268-2000(等同IEC 61326-1997) 测量、控制和实验室用的电设备电磁兼容性要求浪涌：3级。电源端口：1KV/2KV,其它端口：1KV和电快速瞬变脉冲群：3级。电源端口：2KV,其它端口：1KV静电放电（外壳）：接触放电：2级（4KV）；空气放电：3级（4KV）关于直流电源端口的理解：连接与直流配电网络的端口。没有连接与直流配电网络的端口，应当做I/O端口/控制端口处理7）4 瞬态电压的防护基本方法：吸收；滤波4.1吸收用器件陶瓷放电管GAS TUBE 陶瓷气体放电管是一种陶瓷封装的、内充低压惰性气体的开关型保护器件，一般分二

5、电极和三电极两种结构。基本的工作原理是气体放电。当极间的电场强度超过气体的击穿强度时，就引起间隙放电，从而限制了极间的电压，使与放电管并联的其它器件得到保护。其产品主要特点是：放电电流大（达20KA以上），极间电容小（3pF），绝缘电阻高（10G）.击穿电压分散性较大（20%），反应速度稍慢（最短为0.10.2s），有续流问题。半导体放电管SIDACTOR (硅对称二端开关元件)半导体放电管是一种PNPN组件( Thyristor，一个无门电极的自由电压控制的可控硅),当电压超过它的断态峰值电压(或称雪崩电压)时，半导体放电会将瞬态电压箝制到组件的开关电压(或称转折电压)值之内。电压继续增大时

6、，半导体放电管由于负阻效应进入导通状态，只有在当电流小于维持电流时，组件才复位并恢复到它的高阻抗状态。特点：快速响应（1纳秒）启动电压范围5V- 550V，瞬间冲击电流50A- 3000A； 无极性，双向浪涌保护、对浪涌有良好的吸收性； 具有单芯片、双芯片及三芯片3端子平衡型；有表面安装型（DO-214AA）。有续流问题。玻璃放电管SPARK GAP 玻璃放电管”将半导体Si集成在气体放电管里，使该产品集气体放电管的大浪涌电流和半导体的高速响应于一体，克服了原气体放电管响应速度慢（s级）和半导体管耐浪涌电流弱的缺点、具有响应速度快（ns级）、耐冲击、性能稳定、重复性好和寿命长等优点。电流承受能

7、力强：500A （8/20s）1000A （8/20s），3000A （8/20s）静电容量小于2pF（1KHZ），钳制电压接近其直流转折电压，从而能及时有效地吸收瞬间高电压，动作速度明显优于普通气体放电管和其他保护单元。更新换代容易，可直接替代LC滤波组件、热敏电阻、压敏电阻及其他过电压保护器件。广泛应用于网络、通讯等设备过压过流的板级防护。有续流问题。压敏电阻VARISTOR压敏电阻是一种以氧化锌为主要成份的金属氧化物半导体非线性电阻元件；电阻对电压较敏感，当电压达到一定数值时，电阻迅速导通。由于压敏电阻具有良好的非线特性、通流量大、残压水平低、动作快和无续流等特点。当压敏电阻在抑制暂态过

8、电压时能量超过其额定容量时，压敏电阻会因过热而损坏，主要表现为短路、开路。其产品广泛应用于电子设备防雷,开关电源,电力设备等产品. 产品根据承受的耐冲击量不同 型号主要分为,05D 07D 10D 14D 20D 25D 32D 34S 4OD 53D等瞬态抑制二极管TVS (Transient Voltage Suppressor )TVS的电气特性由P-N结面积，参杂浓度及晶片阻质决定的。其耐突波电流的能力与其P-N结面积成正比。特点是反映速度快(为pS级)，体积小，箝位电压低，可靠性高。10/1000s波脉冲功率从400W30000W，脉冲峰值电流从几安几百安。常用的TVS管的击穿电压有

9、从2.8V到550V的系列值。且可靠性高，在TVS管规范之工作范围内，性能可靠，不易劣化，使用寿命长。低电容TVS低电容TVS由TVS和高速二极管串联组成，降低了等效结电容，适合做通信端口的保护。几种过电压吸收器件的性能比较器件最大通流量工作电压范围响应时间残压极间电容用途陶瓷气体放电管(开关型)20KA(8/20s)703500V100200ns注13pF浪涌半导体放电管(开关型)3KA(8/20s)5500V(现6320V)1ns注130110pF浪涌玻璃放电管(开关型)3KA1405000Vns级注12pF浪涌压敏电阻70KA(8/20s,单次)181800V50ns最大钳位电压是变位电

10、压的1.652.1倍几十几万pF浪涌TVS30KW(10/1000s) 注22.8V550V1ps最大钳位电压是变位电压的1.61.9倍几十1万pF浪涌，快速脉冲群，静电低电容TVS24A(8/20s)40A(5/50ns)336V1ns（？）最大钳位电压是变位电压的1.61.9倍5pF浪涌，快速脉冲群，静电高速二极管（钳位接法）1ns（？）几pF浪涌，快速脉冲群，静电注1：开关型元件的击穿电压和电压上升率有关，例如：标称的直流击穿电压是在100/s时测得的。70V的陶瓷放电管的冲击击穿电压100V/uS时为600V，1000V/uS时为700V；3500V的陶瓷放电管的冲击击穿电压100V/

11、uS时为5400V，1000V/uS时为5500V。因此，对低于冲击击穿电压的浪涌起不到保护作用。开关型元件还存在续流问题：当开关型元件击穿以后，如果线路上的工作电压大于元件的灭弧电压，则元件不能截止，电路不能正常工作，可能损坏元件。注2 8/20s下的峰值功率大约为10/1000s下的57倍4.2滤波用元器件 电容、电感、铁氧体元件（含磁珠）磁珠：阻抗（100MHz）：几十几K；额定电流：100mA10A；直流电阻：10-2几IC、连接器用,2070(100MHz) IC、扁平电缆用 扁平电缆用，25100(100MHz)电缆用,最小35100(50500MHz)T型滤波器 表贴电感 直插电

12、感 色码电感（轴向出线） 色码电感（径向出线） 共模扼流圈：在磁环上用双线并绕，或在其它闭磁路的磁芯上分段同向绕相同的匝数，使得它对差模信号无感抗（磁通抵消），对共模信号呈现很大的电感。抗共模滤波器由共模扼流圈和差模滤波电容C1、共模滤波电容C2、C3构成。C2、C3的位置应该在输入端。如果在输入端，则当干扰信号源内阻较低时，效果很差。C1的位置在输入端或输出端效果接近，但差模、共模干扰同时作用，且差模干扰很强时，有可能使铁心饱和，失去对共模干扰的滤波作用。所以，C1在输入端为好。 4.3 典型电路 交流电源端口 浪涌吸收为两级，第一级的Rv1Rv3为压敏电阻，G1为放电管。第二级为TVS管。

13、Z1和Z2为两级之间的去耦元件，起延迟和限流作用可以是电感（数十H）、电阻或自恢复保险丝，由于TVS的通流量小，速度比第一级快，而第一级应吸收浪涌的主要部分，所以必须加Z1和Z2。L1和C1C3构成抗共模滤波器。Lb1、Lb2为电感或磁珠，构成第二级滤波。有电源变压器时，TVS可放在变压器次级。TVS、抗共模滤波器和第二级滤波对快速脉冲群、静电放电都起作用，但电感量应是uH级。电感量大的线圈分布电容大，快速脉冲群、静电放电干扰可通过。4.3.2 I/O /控制端口和非接入配电网的DC电源端口 当端口有一端接地时，Z2、TVS2、TVS3、C3、C5、Lb2不用，L1用mH级的电感代替，Lb1用磁珠。Z1、Z2的应用可以减小TVS管的容量，如果TVS管的容量能满足要求，Z1/Z2不用。但Z为电阻R时，设浪涌信号发生器试验电压为Us，源电阻为Rs，TVS管的通流量为I（10/1000s），则应满足R的大小还应该不影响电路的正常功能。采用5倍是因为TVS管在8/20s下的峰值功率大约为10/1000s下的57倍。通信端口有使用低电容TVS管或高速开关二极管钳位电路。4.4电路布线注意事项吸收元件尽可能接近输入端子。保护器件的吸收或钳位元件靠近被保护端。去吸收元件的布线适当宽一些，不要有直角拐弯。滤波器的输入、输出线不要接近或交叉。