电磁兼容瞬态脉冲干扰的抑制 (2).pptVIP

杨继深2002年8月电缆上的ESD防护电缆/机箱搭接VN正确错误第30页，共30页，星期日，2025年，2月5日瞬态干扰：指时间很短，但幅度较大的电磁干扰。常见的瞬态干扰（设备需要通过试验验证其抗扰度）有三种：电快速脉冲（EFT）、浪涌（SURGE）、静电放电（ESD）。电快速脉冲：由电路中的感性负载断开时产生。其特点是不是单个脉冲，而是一连串的脉冲，因此，它对电路的影响较大。因为一连串的脉冲可以在电路的输入端产生累计效应，使干扰电平的幅度最终超过电路的噪声门限。从这个机理上看，脉冲串的周期越短，则对电路的影响越大。因为，当脉冲串中的每个脉冲相距很近时，电路的输入电容没有足够的时间放电，就又开始新的充电，容易达到较高的电平。浪涌：浪涌主要是由雷电在电缆上感应产生的，功率很大的开关也能产生。浪涌的特点是能量很大，室内的浪涌电压幅度可以达到6kV，室外往往会超过10kV。浪涌虽然不象EFT那么普遍，但是一旦发生危害是十分严重的，往往导致电路的损坏。静电放电：雷电现象实际就是一种静电放电现象，它对设备电缆的影响已经体现在浪涌试验中了。实际环境中的另一类主要现象是人体接触设备时的静电放电。但在一些标准中增加了比人体放电更严酷的装置放电。这些静电放电对设备造成的影响从本质上讲以辐射干扰为主，这在后面详细介绍。三种瞬态干扰的比较：1脉冲上升时间：ESD—极快，1ns，EFT—很快，约5ns，浪涌—慢，?s数量级2能量：ESD—低，EFT（单个脉冲）—中等，浪涌—高3电压（负载阻抗高）：ESD—15kV以上，EFT—10kV以下，浪涌—10kV以下4电流（负载阻抗低）：ESD—人体放电为几十A，装置放电可达数百A，EFT—几十A，浪涌—几千A说明：NEMP（核电磁脉冲）也会在电缆中感应出浪涌，但它的上升时间很短，在ns级。瞬态脉冲干扰含有丰富的高频成分，因此，使用低通滤波器可以滤除部分能量，从而减小干扰的幅度。设输入低通滤波器的是一个梯形波（不失一般性），其幅度为VIP，脉宽d，则其频谱的幅度为：VI（f）=2VIPdf?1/?d设滤波器的插入损耗特性为IL（f），截止频率为fCO，则滤波器的输出电压频谱VO（f）为：VO（f）=VI（f）IL（f）若用dB表示，则为：VO（f）dBv=VI（f）dBv+IL（f）dBV设输出波形也是梯形波，其幅度为VOP，脉宽为dO，则截止频率以下部分（插入损耗为0）的频谱的幅度为：VO（f）=VI（f）=2VIPdf?fCO根据PARSEVAL定律：对于同一个波形，其频域中所表达的能量等于其时域中所表达的能量，即：P=0??V2(f)df=0??V2(t)dt在本例中，设频域中的主要能量集中在fCO以下，时域中，主要能量集中在脉宽内，则：0?fco（2VIPd）2df=0?doV2OPdt（2VIPd）2fco=V2OP（1/?fco）结果为：VOP/VIP=2（√?）fcod说明：这里假设滤波器与负载是阻抗匹配的，如果不匹配，输出为衰减振荡波形，最大幅度可能会超过输入波形的峰值。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