第4讲-电磁干扰隔离及抑制技术ppt课件
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直流稳压电源负载端的保护电路
交流电源保护电路
氧化锌压敏电阻作为核心限压器件 配以由电阻和电容构成对高频干扰具有抑制作用的滤 波电路 能有效地防护差模方式和共模方式的侵入波
交流电源保护电路
第一级为泄流电路,所选限压元件通流容量大 第二级为限压电路,所选限压元件的非线性特性好, 残压水平低 在一、二级间须串入合适的元件实现两级电路的配合
电涌保护器件
气体放电管(放电间隙、火花间隙) 氧化锌压敏电阻(MOV) 齐纳TVS二极管(雪崩、齐纳二极管) TVS晶闸管 (固体放电管)
气体放电管
密封于放电介质中放电间隙 放电管的基本工作原理是气体放电
பைடு நூலகம்
气体放电管
主要电气参数 直流击穿电压
在放电管极间施加缓慢上升的致使放电管击穿时刻 的直流电压,亦称“直流点火电压”
电磁干扰滤波技术
滤波和屏蔽对于一个设备而言相当于自行车的两个轮 子,只有同时存在,才能起作用 电源线滤波器: 消除传导干扰,限制辐射干扰发射 信号线滤波器:主要消除辐射干扰,同时消除传导干扰 根据所要求的插入损耗和滤波器两端电路的阻抗确定滤 波器的电路结构 EMI滤波器与传统滤波器的区别,一个是与滤波器连接的 电路的阻抗不定,另一个是干扰滤波器要工作在很宽的 频率范围内 吸收滤波器和反射滤波器
电容 在一定频率下(1MHz)下测得的极间电容值
气体放电管
特点 通流容量大 极间电容小 关断时的极间阻抗大 价格低廉.响应速度慢.一般为10-6 s 放电管开始放电时di/dt很大,可达1011 A/s 放电后很难关断 使用中存在老化现象,寿命有限
使用场合 初级保护,高频信号
氧化锌压敏电阻
工作原理 氧化锌压敏电阻是一种以氧化锌为主要成分的金属氧化 物半导体非线性电阻
浪涌保护器分类
电压开关型voltage switching type SPD:
在无电涌时呈现高阻抗,当出现电压电涌时 其突变为低阻抗
限压型voltage-clamping-type SPD 组合型电涌 combination-type SPD
由电压开关型组件和限压型组件组合而成
电涌保护
非平衡线路信号通道输入端的保护
电快速脉冲
5ns 中等(单个)
10kV 以下 几十安
电涌 级
高 10kV 以下
kA 级
静电放电
<1ns 低 15kV 以上 人体放电电流几十安 装置放电可达数百安
Electromagnetic Topology
Surge
Avoidance
Coming Line Filtering
Isolation Suppressing
光电传输系统
变电所监控系统
瞬时干扰的时间回避防护方法
瞬变干扰的保护有如下三类方法 电压甄别 频率甄别 状态甄别 电路的正常工作状态 出现瞬变干扰状态
瞬时干扰的时间回避防护方法
瞬时干扰出现时暂时中止工作,干扰过后再恢复工作 主动的时间回避方法:信号和干扰的出现时间有确定的关 系时
这在核测试时常常采用
当电压增加时,NP结工作于雪崩状态,此 时,TVS晶闸管处于导通状态,性能如一个 正向PN结
TVS晶闸管先由NP雪崩机理起作用,当雪 崩电流足够大时,可控硅开通,由正向偏置 的PN结起作用。这一急剧短路的过程与放 电管类似
TVS晶闸管
特点
响应速度快,理论上可达10-12 s 使用中不存在明显的老化现象 泄漏电流小 极间电容小 在直流电路中关断比较困难 关断时存在时延
C1B
C2B
C1E
C2E
电容量 (pF)
0.7
0.6
0.7
0.7
0.6
0.7
光电传输系统
信号线经过电磁环境比较恶劣的地区可采用光电传输 组成:电光转换元件,光缆,光电转换元件
光电传输系统不受环境电磁场(包括雷电、和电磁脉 冲)的影响 另外光纤系统本身不辐射干扰 存在的问题:外界EMF作用时的横向电位差
使用场合
数据传输和通讯中初级、次级保护 直流电路和交流电源系统,关断困难
保护器件的比较
瞬态干扰抑制器件比较
浪涌电压
1000 500 220
压敏电阻
钳位不紧
瞬态抑制二极管
电流容量不大P6KE**CA
气体放电管
有续流
电涌保护电路
作为电涌保护电路,应具备如下特性
对过载电压应有好的钳位能力,被保护两端应 接近系统的最大工作电压 保护电路应有强的分流能力,使保护电路吸收 最严重情况下的瞬变过程能量而不致损坏 保护电路对过载电压应有快速响应时间,对于 NEMP的响应时间要求小于1ns
Copyright by Prof. He, Jinliang of THU
EMEtech, Tsinghua University, Beijing, China
瞬态干扰对设备的威胁
静电放电 电快速脉冲
浪涌
静电放电
电源端口
信号端口
静电放电 浪涌 电快速脉冲
几种主要电磁暂态
骚扰类型 脉冲上升时间 能量 电压(负载阻抗高) 电流(负载阻抗低)
电磁干扰滤波技术
使用三端电容或穿心电容可以大幅度改进电容高频特性 滤波器中使用的电感、电容都不是理想器件,这导致滤 波器的性能与所设计的相差甚远 铁氧体磁芯通过高频损耗抑制电磁干扰 电源线滤波器的高频特性也是十分重要的 电源线滤波器的安装方式对其效果影响很大
电磁干扰隔离及抑制技术
平衡电路 隔离元件 光电隔离 保护器件、保护电路 多极保护效果分析 触点开关噪声及其抑制
齐纳TVS二极管
特点
箝位电压低 响应速度快,理论上可达10-12 s 使用中不存在明显的老化现象 多次脉冲承受能力强 单次脉冲承受能力相对较弱 电压低的产品具有较大的极间电容
使用场合
适用于半导体器件的过电压保护
TVS晶闸管
一种门极由雪崩二极管控制的可控硅型 TVS器件
当极间加正向电压时,两个PN结处于正向 偏置状态,另一PN结处于反向偏置状态, 此时的TVS晶闸管如一个反向偏置二极管, 泄漏电流由NP结决定
被动的时间回避方法:瞬时干扰出现时间无确定规律 在瞬时干扰前期征兆出现时高速电子开关将所有通道 切断,暂停工作。将存贮的信息迅速转移至存贮器中 卫星、航天飞行器、飞行中的导弹的电子系统防护
瞬时干扰保护电路
主要组成部分 高灵敏度的传感器及高速电子开关
高灵敏度传感器包括传感器及信号甄别 传感器用以拾取干扰的信号 而甄别器用于识别早期干扰信号 高速开关则用以执行对电路状态的甄别,ns级
电涌保护电路
作为电涌保护电路,应具备如下特性
在正常工作时保护电路对系统的影响可忽略不计 并联电阻应足够大,而串联电阻和并联电容充分 小
瞬变过程保护电路也应能对持续不断或连续的过载 过程起保护作用而不致损坏本身 可恢复: 瞬变过程防护电路在瞬变过程结束后即应 恢复正常,不应是一次性的 保护电路应体积小。价廉,易于维护
对直流电路和频率很低(如 低于50Hz)的电路不适用的
光电耦合器
发光二极管把电路1信号电流变成强弱不同的光信号 由光电三极管将强弱不同的光转换成相应的电流
电流与发光强度的线性度差,传输模拟信号易失真 在数字脉冲电路中得到广泛应用
光电耦合器
光电耦合装置
寄生电容2pF
输入输出间耦合电容
C1C
C2C
电阻的作用
TVS二极管是用以保护负载,而放电管是用于保护 TVS二极管
TVS二极管的反向击穿电压为Vd,放电管之直流击穿电压为VG,P为 TVS二极管之最大稳态功率额定值,则限制电阻R1
(VG Vd )Vd
R1 =
P
平衡线路信号通道输入端的保护
三电极放电管,平衡线路特别需要电感L,因为三 电极放电管的击穿电至少是 300 V。要保持平衡线 路的结构 三级防护电路,由放电管、MOV和TVS二极管构成
氧化锌压敏电阻
特点 通流容量大 响应速度快,理论上可达10-9 s 放电后无续流 价格低 极间电容大 使用中存在老化现象 使用场合 初级、次级保护 ,低频信号
氧化锌压敏电阻
齐纳TVS二极管
是一种专门用于抑制过电压的齐纳二极管 核心部分是具有较大截面积的硅PN结,该PN结工作在雪 崩状态,具有较强的脉冲吸收能力
冲击击穿电压
对放电管施加一定上升速率的单次冲击电压,致使 放电管击穿时刻的电压值
放电管主要电气参数
冲击放电电流 通过放电管的冲击电流峰值 8/20μs波形时相隔3min,共10次
交流放电电流 通过放电管放电间隙的交流电流(有效值) 持续时间为1s时相隔3min,共10次
绝缘电阻: 指放电管未放电时的极间电阻
grounding
Electronic System
shielding
隔离变压器
隔离变压器一般指变比为1:1的变压器 除自耦变压器外的任何变压器都提供初次级间的隔离 隔离接地环路
不能用于直流信号传输,对直流可以迅速减小到0dB 对地线中的低频干扰具有较好的抑制作用 电路单元间传输的信号电流只在变压器绕组连线中流 过,不流经地线,可避免对其他电路的干扰