一种具有抑制浪涌电压新型EMI滤波.docVIP

一种具有抑制浪涌电压的新型EMI滤波 众所周知，高性能、小型化、复合化已成为当今世界高科技产品迅速发展的必然趋势。但高科技产品向高性能、小型化、复合化发展即高度集成化发展的另一个必然结果是导致抗电磁干扰能力的普遍下降。 一种具有抑制浪涌电压的新型EMI滤波器的诞生和发展，可以大大提高高度集成化器件的抗电磁干扰能力。特别是抑制瞬变的浪涌电压。 一、?什么是瞬变电压 ??? 噪声可分为连续噪声和瞬变噪声，归一化后认为任何发生持持续时间小于16.6ms的噪声都被认为是瞬变噪声。连续噪声一般是一个较低电压的现象，采用适当的EMI滤波器和屏蔽被认为是最好的对策；而瞬变噪声不同它是一种短暂的过压现象、是一种有害的尖峰电压。正是这种瞬变噪声使高度集成化的IC处于极度脆弱的境地，IC受到10倍于工作电压的过压冲击其结果不是可能被破坏就是失去功能。 ????人们又将瞬变噪声中持续时间＞8.4ms的瞬变噪声定义为浪涌电压。 瞬变噪声又分为可重复瞬变和随机瞬变。 1、??可重复瞬变 ??? 在带电情况下任何电路的突然变化都会引起瞬变电压的产生，不妨举一个例子说明，图1是一个电感储能放电的例子。? ??? 当电路开关导通时，通过电感中的电流di/dt会产生-Ldi/dt电压，在电感中的储能为1/2Li2，若电感的固有电容为C，则C的储能也等于1/2CV2，而且： 1/2Li2=1/2CV2 ??? 当开关突然关断时，电感洩放出来的储能会产生瞬变电压，它的峰值可求得为：? 试代入某些数值，若令：I=1A、L=1mH、C=250pF ??? 则可求得：??图1左上图曲线的前边表示开关导通时的稳态波形，最后的尖峰表示开关突然关断时产生的瞬变电压。 ??? 可重复噪声的另一类型是电快速瞬变脉冲（EFT），它是由于电路内某处连续打火引起的。由此可见开关操作是产生瞬变电压的一种原因。 1)可重复瞬变的波形：大都呈指数衰减振荡,在低电压交流系统它是通用的典型浪涌电压 2)可重复瞬变的NEMP波形：NEMP?核电磁脉冲波形为100KHz衰减振荡,?波形上升到峰值时间为0.5μs,它的每一个峰值的幅值是前一个峰值幅值的60%。 2、??随机瞬变 ??? 随机瞬变是无法预计的，很难给其幅度、持续时间、能量下个定义。例如随机瞬变有： ESD?????静电放电 LEMP????雷电（电磁脉冲）等等 ??? 随机瞬变的判断是依据可获得的统计数据为基础的，也不妨举一个例子说明，图2是美国民用电子设备的雷击年频数统计曲线，他们分为低暴露、中等暴露、高暴露三条曲线，而暴露类别基本上以地理位置为基础的。 ??? 在此曲线基础上，设计防护措施时其加权系数是与概率以及出现的后果即重要性有关。 ??? 随机瞬变的波形 ??? 随机瞬变的波形通常假定为单向脉冲 1)静电放电（ESD）波形 ??? 典型的ESD浪涌波形类似图4，ESD是个非常快的脉冲，它的上升时间＜1ns。?2)雷击浪涌波形 ??? 典型的雷击浪涌波形类似图5，其电压浪涌波形采用1.2/50μs,电流浪涌波形采用8/20μs,与ESD比较是非常慢的脉冲。 ?二、瞬变电压的危害 ??? 上述各类电磁干扰对电气、电子设备（系统），特别是对含有半导体器件的设备（系统）产生严重的破坏作用。 ??? 半导体器件一般损伤阈值为10-5～10-2?J/cm2，易损器件则降为0.1～1μJ/cm2，若不损坏器件，只引起瞬时失效或干扰，其损伤阈值还要低2～3个数量级。 1、损坏效应归纳起来主要有： 1)高压击穿：当器件接收电磁能量后可转化成大电流，在高阻处也可转化为高电压，结果可引起接点、部件或回路间的电击穿，导致器件的损坏或瞬时失效。例如脉宽0.1ms电流幅值为1A的电流脉冲，可在接点间电容为1pF处的接点产生100kV电压，该接点被击穿后还会产生数百kHz的衰减正弦振荡，并辐射出电磁波。? 2)器件烧毁或受瞬变干扰：除高压击穿外，器件因瞬变电压造成短路损坏的原因一般都归结于功率过大而烧毁或PN结的电压过高而击穿，无论是集成电路（I.C）、存储器还是晶体管、二极管、可控硅等都是一样的。大多数半导体器件的最低损坏的有效功率为1ms、10W或10mJ，一些敏感器件为1ms、1W或1mJ。 3）受浪涌冲击：对有金属屏蔽的电子设备，壳体外的微波能量不能直接辐射到设备内部，但是在金属屏蔽壳体上感应的脉冲大电流，像浪涌一样在壳体上流动，壳体上的缝隙、孔洞、外露引线一旦将一部分浪涌电流引入壳内设备，就足以使内部的敏感器件损坏。 2、损坏或受瞬变干扰的过程归纳起来主要有： 1）?所有CMOS器件都用氧化膜绝缘或用它保护集成电路中的不同元件，但氧化膜的厚度只有几微米，一