第七部分 瞬态脉冲干扰的抑制
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第七部分 瞬态脉冲干扰的抑制. 瞬态干扰对设备的威胁. 静电放电. 静电放电. 静电放电. 浪涌. 信号端口. 电源端口. 电快速脉冲. 电快速脉冲. 浪涌. 感性负载断开时产生的干扰. V L. 对应的 EMC 实验: EFT. t. 20 - 200 V dc. 电源回路中的电流(电压). C. I 0. V L. V dc. 特点:脉冲串. t. 两种触点击穿导通机理. 气隙上的电压. 阳极 (+). 击穿电压. 电子流. 320V. 维持电压. 阴极 ( - ). 0.08mm 接触点距离. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
杨继深 2002年8月
第七部分瞬态脉冲干扰的抑制
杨继深 2002年8月
瞬态干扰对设备的威胁
电快速脉冲
浪涌
静电放电
静电放电
电源端口信号端口
浪涌
电快速脉冲
静电放电
杨继深 2002年8月
感性负载断开时产生的干扰
20 - 200 Vdc
t
VLI0
Vdc
VL
t
电源回路中的电流(电压) C
对应的 EMC 实验: EFT
特点:脉冲串
杨继深 2002年8月
两种触点击穿导通机理气隙上的电压
击穿电压
维持电压320V
0.08mm 接触点距离
阳极 (+)
阴极 ( -)
电子流
辉光放电 气体电离 弧光放电 金属气化
杨继深 2002年8月
浪涌产生的原因
一般小于 75kA
最大可达 300kA
I
导体周围产生强磁场
对应 EMC 实验:浪涌
特点:能量大
杨继深 2002年8月
静电放电现象
++++
++++
+
++
+++
+++
+
放电电流 I
1ns 100ns
I
t
对应 EMC 实验: ESD
特点:频率范围宽
杨继深 2002年8月
瞬态干扰的频谱
A
0.5A
2A
1/ 1/tr时间 频率
瞬态类型 tr 1/ 1/tr A 2A
EFT 5ns 50ns 6. 4MHz 64MHz 4kV 0.4V/MHz
ESD 1ns 30ns 10MHz 320MHz 30A 1.8A/MHz
浪涌 1.2s 50s 6.3kHz 265kHz 4kV 0.4V/MHz
杨继深 2002年8月
消除感性负载干扰
R
R
C
LLL
RL
杨继深 2002年8月
阻尼电路参数确定
R:
越大,开关闭合时限流作用越好
越小,开关断开时反充电压越小
V / Ia < R < RL
折衷
C: 由于没有弧光, L 中的能量全部进入 C , VC = I (L/C)1/2
为了防止发生辉光, VC < 300V
C > ( I / 300 ) 2 L
为了防止发生弧光,电容充电速率要小于 1V/s ,
C > 10- 6 I
杨继深 2002年8月
过零开关消除干扰
电感电流取样
VDC
继电器+
-电压比较器
杨继深 2002年8月
瞬态干扰抑制原理
分压法:
正温度系数电阻
电 阻电 感电 容
分流法:
负温度系数电阻(压敏电阻)
瞬态抑制二极管
气体放电管
低通滤波器:截止频率小于 1 /
杨继深 2002年8月
低通滤波器对瞬态干扰的作用
f
IL
f
+
fCO
fCO
A
f
输入脉冲频谱
滤波器特性
输出脉冲频谱
2A
2A
杨继深 2002年8月
Fco > 1 / VOUT = VP(f) f1 = 2VIN / = 2VIN /
输出脉冲的幅度略有降低
fco
VIN
VOUT
杨继深 2002年8月
Fco < 1 / Parseval 定律:时域中的能量等于频域中的能量:
00V2(f)df = V2(t)dt
fco
00(2VIN)2df = V 2
OUT dt
out
= 1 / fco
(2VIN)2 fco = V 2OUT / fco
V / V OUT = 2 fco fco
out
杨继深 2002年8月
低通滤波器对瞬态干扰的抑制VOUT / VIN
-10
-20
-30
-40
fCO1/20.10.010.001
0
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瞬态干扰抑制器件
浪涌电压
压敏电阻
瞬态抑制二极管
气体放电管
220
500
1000
钳位不紧
电流容量不大
有跟随电流
杨继深 2002年8月
气体放电管的跟随电流
跟随电流
•寄生电容小•电流容量大
不可用在直流的场合!
杨继深 2002年8月
放电管与压敏电阻组合
优点:• 没有跟随电流 • 没有漏电流• 钳位电压低
用低通滤波器消除
杨继深 2002年8月
作用在开关电源上的浪涌
开关电源等效电路6kV, 3kA
1.2 50 s
浪涌波形0 20 40 60 80 100 s
0
4
2
6
kV
0
3
2
1
kA
浪涌电压
电源上电压
流进电源的电流
杨继深 2002年8月
浪涌抑制器件的保护作用
开关电源等效电路6kV, 3kA
1.2 50 s
浪涌波形0 20 40 60 80 100 s
0
4
2
6
kV
0
3
2
1
kA
浪涌电压
抑制后的电压
流进电源的电流
流进抑制器的电流
大部分电流
流进了电源
杨继深 2002年8月
TVS 增容问题
RR 1M
R = V / Ipeak
V = 两管钳位差
Ipeak = TVS 的峰值电流
1M
不行 可以 最好
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多级浪涌抑制电路
V1 、 V2 = 额定工作电压
I2 = 第二级额定峰值电流
V2 V0 + 电压偏差 2
V1 V2 + 电压偏差 1+ 电压偏差 2
V =V1MAX - V2MIN
Z V / I2P V1
V2 V0MAX
浪涌一级
二级
V
V2 V1 V0
Z
VI2P
杨继深 2002年8月
地线反弹与对策
设施地 设备参考地VG
VZ + VG
VZ
若电流为 5kA ,地线阻抗为 0.5 ,则反弹电压达到 2500V !
杨继深 2002年8月
静电放电现象
++++
++++
+
++
+++
+++
+
放电电流 I
1ns 100ns
I
t
杨继深 2002年8月
ESD 对电路工作影响的机理
不良搭接 孔缝
电流找阻抗最小路径 静电放电产生的电磁场
杨继深 2002年8月
ESD 产生的电磁场
5 10 15
1
2
3
4
电场 kV/m 磁场 A/m
5
10
15
时间 ns
10 cm
20 cm
50 cm
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静电试验的方法
静电放电试验
直接放电试验 感 应
非接触
放电
接触
放电
在附近放电
产生感应场
Ipeak
tr 30 60 t(ns)
I1
I2
90%
杨继深 2002年8月
ESD 常见问题与改进
ESD
V
ESD
ESD
V
ESD
屏蔽层
杨继深 2002年8月
ESD 常见问题与改进ESD1
I1
ESD2I2
二次放电
ESD1
I1
ESD2
铁氧体磁珠
杨继深 2002年8月
电缆上的 ESD 防护电缆 / 机箱搭接
VN
正确
错误