EMC_7.7.瞬态脉冲干扰的抑制

ESDHale Waihona Puke BaiduESD
V ESD
ESD 屏蔽层
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V
ESD常见问题与改进
I2 ESD2 ESD1
I1
二次放电
铁氧体磁珠 ESD2 ESD1
I1
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电缆上的ESD防护
电缆/机箱搭接
VN
错误
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中国电子科技学术网 低通滤波器：截止频率小于 低通滤波器：截止频率小于1 / πτ www.EMCage.com
低通滤波器对瞬态干扰的作用
2Aτ τ
输入脉冲频谱
A
2Aτ τ
输出脉冲频谱
f
IL 滤波器特性
+
fCO
f
f
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fCO
Fco > 1 / πτ
VOUT = VP(f) f1 = 2VIN τ / πτ = 2VIN / π 输出脉冲的幅度略有降低 VIN τ
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磁场 A/m 15 10 5
10
15
时间 ns
静电试验的方法
静电放电试验 Ipeak 直接放电试验 感 应 90%
I1
非接触 放电 接触 放电 在附近放电 产生感应场
I2
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tr
30
60
t(ns)
ESD常见问题与改进
正确
2Aτ τ 0.4V/MHz 1.8µA/MHz µ 0.4V/MHz
1.2µs 浪涌 µ 中国电子科技学术网
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消除感性负载干扰
L R RL C L R L
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阻尼电路参数确定
越大， 越大，开关闭合 时限流作用越好
折衷
R:
V / Ia < R < RL
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浪涌电压 电源上电压
开关电源等效电路
2 1 0
0 20 40
流进电源的电流
60
80
100 µs
浪涌抑制器件的保护作用
kV 6 4 2 0 kA 3 开关电源等效电路 6kV, 3kA 1.2 × 50 µs 浪涌波形 2 1
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
第七部分 瞬态脉冲干扰的抑制
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瞬态干扰对设备的威胁
静电放电 静电放电
信号端口 电源端口
静电放电
浪涌
电快速脉冲
电快速脉冲
浪涌
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感性负载断开时产生的干扰
VL 对应的EMC实验：EFT 实验： 对应的 实验 t
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放电管与压敏电阻组合
优点： 优点：
用低通滤 波器消除
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• 没有跟随电流 • 没有漏电流 • 钳位电压低
作用在开关电源上的浪涌
kV 6 4 2 0 kA 3 6kV, 3kA 1.2 × 50 µs 浪涌波形
特点： 特点：频率范围宽
瞬态干扰的频谱
A 0.5A τ 1/πτ πτ 2Aτ τ
时间
1/πtr π
频率
瞬态类型 EFT ESD
tr 5ns 1ns
τ 50ns 30ns 50µs µ
1/πτ πτ 6. 4MHz 10MHz 6.3kHz
1/πtr π 64MHz 320MHz 265kHz
A 4kV 30A 4kV
大部分电流 流进了电源
0
0 20 40 60 80 100 µs
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TVS增容问题
1MΩ
R 不行
R 可以
1MΩ
最好
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多级浪涌抑制电路
Z 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
一般小于75kA 一般小于 最大可达300kA 最大可达 导体周围产 生强磁场
特点： 特点：能量大
I
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静电放电现象
对应EMC实验：ESD 实验： 对应 实验
＋ ＋＋＋ ＋＋＋＋＋ ＋＋ ＋＋＋ ＋＋ ＋ ＋
I
放电电流 I
t
1ns 100ns
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越小， 越小，开关断开 时反充电压越小
C:
由于没有弧光， 中的能量全部进入 中的能量全部进入C， 由于没有弧光，L中的能量全部进入 ，VC = I (L/C)1/2 为了防止发生辉光， 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 为了防止发生弧光，电容充电速率要小于1V/µs， µ， C > 10- 6 I
0.01
0.1
1/2√π √π
τ fCO
瞬态干扰抑制器件
压敏电阻
钳位不紧
浪涌电压
瞬态抑制二极管
电流容量不大
1000 500 220
气体放电管
有跟随电流
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气体放电管的跟随电流
• 寄生电容小 • 电流容量大 跟随电流 不可用在直流的场合！ 不可用在直流的场合！
∫
0
V 2OUT dt
(2VINτ)2 fco = V 2OUT / π fco
fco
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V / V OUT = 2 √π fco τ
低通滤波器对瞬态干扰的抑制
VOUT / VIN
-40 -30 -20 -10 0 0.001
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过零开关消除干扰
VD
C
电感电 流取样
继电器 +
电压比较器
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瞬态干扰抑制原理
正温度系数电阻
分压法： 分压法：
电 阻 电 感 电 容 负温度系数电阻 压敏电阻） （压敏电阻）
分流法： 分流法：
瞬态抑制二极管 气体放电管
20 － 200 Vdc 电源回路中的电流（电压）
Vdc
I0
C
VL
t
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特点： 特点：脉冲串
两种触点击穿导通机理
气 隙 上 的 电 压
击穿
(+)
320V ( 0.08mm 触点 )

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浪涌产生的原因
对应EMC实验：浪涌 实验： 对应 实验
静电放电现象
＋ ＋＋＋ ＋＋＋＋＋ ＋＋＋＋ ＋ ＋＋ ＋ ＋
I
放电电流 I t
1ns
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100ns
ESD对电路工作影响的机理
电流找阻抗最小路径 静电放电产生的电磁场
不良搭接
孔缝
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ESD产生的电磁场
电场 kV/m 4 3 2 1 10 cm 20 cm 50 cm 5
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V1
∆V
I2P V2 V0
V
浪涌 一级 二级
地线反弹与对策
VZ VZ + VG VG 设施地 设备参考地
若电流为5kA，地线阻抗为0.5Ω，则反弹电压达到 ，地线阻抗为 Ω 则反弹电压达到2500V ! 若电流为
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VOUT
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fco
Fco < 1 / πτ
Parseval 定律：时域中的能量等于频域中的能量： 定律：时域中的能量等于频域中的能量： ∝ ∝ τout V2(f)df = V2(t)dt 0 0 = 1 / πfco τout fco
∫
∫
∫
0
(2VINτ)2df =