第七部分瞬态脉冲干扰的抑制.pptVIP

中国电子科技学术网 www.EMC 第七部分瞬态脉冲干扰的抑制 瞬态干扰对设备的威胁 感性负载断开时产生的干扰 两种触点击穿导通机理 浪涌产生的原因 静电放电现象 瞬态干扰的频谱 消除感性负载干扰 阻尼电路参数确定 过零开关消除干扰 瞬态干扰抑制原理 低通滤波器对瞬态干扰的作用 Fco 1 / ?? Fco 1 / ?? 低通滤波器对瞬态干扰的抑制 瞬态干扰抑制器件 气体放电管的跟随电流 放电管与压敏电阻组合 作用在开关电源上的浪涌 浪涌抑制器件的保护作用 TVS增容问题 多级浪涌抑制电路 地线反弹与对策 静电放电现象 ESD对电路工作影响的机理 ESD产生的电磁场 静电试验的方法 ESD常见问题与改进 ESD常见问题与改进 电缆上的ESD防护 在电气和机电设备中常见的一种瞬态干扰是由继电器、马达、变压器等电感器件产生的。一般这些器件构成系统的一部分，因此干扰往往在系统内部产生。设计人员对此应给予足够的重视。 瞬态干扰产生的机理：在电感负载的电路中，当开关断开时，根据电感的特性，电感上的电流不能突然消失，为了维持这个电流，电感上会产生一个很高的反电动势，根据楞次定律，这个电压为： E = d? / dt = -L ( di / dt ) ? = 电感中的磁通（T ? m2） L = 电感（H） I = 电感中的电流（A） 这个反电动势向电感的寄生电容C反向充电。随着充电电压的升高，触点上的电压也升高，当达到一定程度时，将触点击穿，形成导电通路，电容C开始放电，电压开始下降，当电压降到维持触点空气导通的电压以下时，通路断开，又重复上面的过程。这种过程一直重复到由于触点之间的距离增加，电容上的电压不能击穿触点为止。 当电容不能通过击穿触点放电时，就通过电感回路放电，直到电感中的能量耗尽为止。 说明1：随着触点的距离越来越远，击穿触点需要的电压越来越高，因此电容上的电压越来越高。 说明2：随着击穿触点需要的电压越来越高，电容充电的时间越来越长，因此震荡波形的频率越来越低。 说明3：电容C每次击穿触点向电源回路反向放电时，会在电源回路上形成很大的脉冲电流，由于电源阻抗的存在，这些脉冲电流在电源两端形成了脉冲电压，从而对共用这个电源的其它电路造成影响。 环境中存在着一些短暂的高能脉冲干扰，这些干扰对电子设备的危害很大，一般称这种干扰为瞬态干扰。瞬态干扰既可以通过电缆进入设备，也可以以宽带辐射干扰的形式对设备造成影响。例如，汽车点火系统和直流电机电刷对收音机的干扰。产生瞬态干扰的原因主要有： 雷电、静电放电、电力线上的负载通短（特别是感性负载）、核电磁脉冲等。 电子设备必须能够在这些环境中正常工作。 抑制浪涌的器件主要有压敏电阻、瞬态抑制二极管和气体放电管。下面这三种器件的特性做一比较。 1压敏电阻： 原理：当压敏电阻上的电压超过一定幅度时，电阻的阻值降低，从而将浪涌能量泄放掉，并将浪涌电压的幅度限制在一定的幅度。 特点： 峰值电流承受能力较大，价格低。 缺点：钳位电压较高（相对于工作电压），随着受到浪涌冲击的次数增加，漏电增加，响应时间较长，寄生电容较大。 2 瞬态抑制二极管（TVS）： 原理：当TVS上的电压超过一定幅度时，器件迅速导通，从而将浪涌能量泄放掉，并将浪涌电压的幅度限制在一定的幅度。 特点： 响应时间短，钳位电压低（相对于工作电压）。 缺点：承受峰值电流较小，一般器件的寄生电容较大，如在高速数据线上使用，要用特制的低电容器件。 3 气体放电管： 原理：当放电管上的电压超过一定幅度时，器件变为短路状态，从而将浪涌能量泄放掉。 特点： 承受电流大，寄生电容小。 缺点：响应时间长，由于导通维持电压很低，因此会有跟随电流，不能在直流环境中使用（放电管不能断开），在交流中使用时也要引起注意（跟随电流会超过器件的额定功率值），可以在泄放电路中串联一个电阻来限制电流幅度。放电管的寿命约为50次（10?1000?s，500A峰值电流），随后，导通电压开始降低。 说明：浪涌抑制器件的失效模式一般为短路。这个特点一方面为电路保护提供了安全保障，不会发生器件失效还不知道的问题，同时，也有可能造成电路工作的中断。 * 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 20 － 200 Vdc t VL I0 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 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 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 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋