4.瞬态干扰对设备的危害

IEC61000-4-5浪涌抗扰度试验
1.主题 电气和电子设备对浪涌干扰敏感性试验严 酷等级和试验方法。 2.产生电快速瞬态脉冲的原因 雷击、大功率电力设备切换时的瞬变、系 统电机保持装置动作时产生的电压电流变化 （军事中的核电脉冲、高功率微波） 特征：重复频率低，能量高； 破坏：设备绝缘被击穿、线路烧毁、误动作。
静电放电现象
对应EMC实验：ESD
＋ ＋＋＋ ＋＋＋＋＋ ＋＋＋＋ ＋ ＋＋ ＋ ＋
I
放电电流 I
t
1ns 100ns
特点：频率范围宽
下表为安装和环境等级： 等级 1 2 3 4
最低相对湿度 ％ 抗静电织物
人造纤维
最大电压 (kv)
35 10 50 10
X X X X
2 4 8 15
3.产生破坏的原因 接地不好
kV 6 4 2 0 kA 3 6kV, 3kA 1.2 × 50 μs 浪涌波形 开关电源等效电路 2 1 0
0 20 40 60 80 100 μs
浪涌电压 电源上电压
流进电源的电流
浪涌抑制器件的保护作用
kV 6 4 2 0 kA 3 2 1
浪涌电压 抑制后的电压
开关电源等效电路 6kV, 3kA 1.2 × 50 μs 浪涌波形
7.静电放电的施加
（1）直接接触放电 测试点：操作人员经常可接触到的被测装置的点上和表 面上，除非经制造厂和用户同意，否则不得对仅在维修 时才接触到的任何点放电。 放电方式：至少十次（每点），单次放电，放电发生器 应垂直于施加放电的表面。 （2）模拟对被测装置附近的物体放电 采用放电发生器对参考接地平板放电。
4. 最常见的静电放电现象 装置与与导电接地面接地良好，放电经外壳直接 传入大地； 外壳不直接接地或接地不良，放电经主电源线接 地，所产生的接地电压较良好接地要高一个等 级， 此时线路元件将承受感应耦合或辐射影响； 当放电电流沿连接电缆从一个机柜流向另一个机 柜时，信号将受到干扰的极大影响。
4. 最常见的静电放电现象——举例
浪涌产生的原因
对应EMC实验：浪涌
一般小于75kA 最大可达300kA
特点：能量大
导体周围产 生强磁场
I
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！
放电管与压敏电阻组合
优点：
用低通滤 波器消除
• 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
2.产生电快速瞬态脉冲的原因——举例 （2）机械开关造成电感性负载的电流突然中断，则电感内 部的能量将消耗在开关的放电中。 火花放电的条件：接点间有15V以上的电位差，回路 中有0.5A电流； 辉光放电的条件：接点间电压高于300V。
接点间电压
u
辉光放电
5
电 花放 火
3 1 2
4
t0
t
放电过程：接点从0 时刻起逐渐拉开，A点 产生火花放电，接点间 电压瞬时为零，但马上 升高；B点再次放电， 到C；重复上述过程。
静电放电要求
1.主题 电气和电子设备对于由于操作者触摸该装置而产 生的静电放电和装置附近的物体间产生的静电放电的 敏感试验阶段——严酷等级和试验方法。 2.产生静电放电的原因 低湿度环境、低导电率（人造纤维）地毯、乙烯 基外衣（工作服）等，使系统设备处于静电放电环境。 最典型的是操作人员在行走的过程中，鞋与地面的摩 擦，使得操作人员带电，在与设备接触时将产生放电 （如桌椅之间），从而损坏芯片、设备。
IEC61000-4-8对电源频率磁场敏感度的测 量
1.主题 电气和电子设备对电源频率磁场敏感度 的试验方法。 2.产生电源频率磁场敏感度的原因 大的电源变压器等。 3.试验方法
变压器 自耦变压器
4.受干扰器件或装置 CRT、印制板上的回路等 问题：磁屏蔽较差、选材错误
电路1 电源 电路2 电路3
电路4
(1)
(2)
屏蔽电缆
(3)
图示为两个机箱中间由屏蔽电缆相联，机箱分别接地，四 个电路由一个电源供电，共有三条接地线。在对机箱2表面进 行放电时将产生以上三种常见放电现象。
ESD常见问题与改进
ESD
ESD
V ESD
ESD 屏蔽层
V
ESD常见问题与改进
I2
ESD2
ESD1
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
瞬态干扰抑制技术
三种脉冲性质干扰测试的比较 静电放电要求 IEC61000-4-3辐射干扰的抗扰度要求 IEC61000-4-4电快速瞬态脉冲群试验 IEC61000-4-5浪涌抗度试验 IEC61000-4-8对电源频率磁场敏感度的测量
瞬态干扰对设备的危害
静电放电 静电放电
信号端口 电源端口
静电放电
浪涌
电快速脉冲群
电快速脉冲群
浪涌
瞬态干扰抑制原理
正温度系数电阻
分压法：
电 阻 电 感 电 容 负温度系数电阻 （压敏电阻）
分流法：
瞬态抑制二极管 气体放电管
低通滤波器：截止频率小于1 / πτ
瞬态干扰抑制器件
压敏电阻
钳位不紧
浪涌电压
3.严酷等级——等级说明
0级：得到良好保护的电气环境； 1级：得到部分良好保护的电气环境； 2级：电缆隔离良好的电气环境； 3级：装置与电源装置公共接的、系统接地； 4级：电子和电气线路间采用多导体电缆的电气环境； 5级：非人口密级区的电子设备连接电信电缆和架空电源 线的电气环境； X级：用户与制造商待定的条件。
3.严酷等级——等级说明
1级：具有良好保护环境（如计算机房）； 2级：受保护的环境（如工厂、电厂的控制室及终端室） 3级：一般工业环境； 4级：严酷等级（如未采取特殊措施的电站、室外工 程控制装置、露天的高压变电站开关装置等）
4.耦合方式
用电容耦合夹在与被测装置无任何电连接情况下，将电 快速脉冲串耦合到被试线路上。
V1 V2 V0MAX
V1
ΔV
I2P V2 V0
V
浪涌 一级 二级
3.严酷等级 等级 0 1 2 3 4 5 X 电源线耦合 线间 线－地间 － － 0.5KV － 0.5KV 1KV 1KV 2KV 2KV 4KV － 待定 － 待定 信号线耦合 线间 线－地间 － － 0.5KV － 0.5KV 1KV 1KV 2KV 2KV 4KV 2KV 4KV 待定 待定
U
2.产生电快速瞬态脉冲的原因——举例 K断 t (1)在电感两端形成反冲电压 U’=-LdI/dt 电感越大，电流随 时间变化的越快，U’也越大。 一般比电源电压高20－200倍。
K通
（－20-200）
Us U
20v
如对一电源电压为20v，带有感 性负载的电路，在电源突然断 t 开时的波形。只要电路中存在 350v 诸如继电器之类电感负载，就 一定会受到这种干扰。
IEC61000-4-4电快速瞬态脉冲群试验
1.主题 电气和电子设备对重复电快速瞬变脉冲的敏感性 试验 、严酷等级和试验方法。 2.产生电快速瞬态脉冲的原因 （1）感性负载突然断电（反复） （2）继电器接点跳开（反复） 例：断开感性负载
K Us L R U’
由于感性负载时储能元件，则在 感性负载突然断开时，瞬间在负载 中产生与原来电流相反的冲击电流。
按ESC返回
民用标准和军用标准都对瞬态干扰抑制技 术作了相应的规定,考虑到脉冲 对脉冲干扰测试 的顺序如下： 1.电快速瞬态脉冲群试验 在这个试验中，脉冲串所含的能量较小， 对被测设备造成的危害可能性较低。 2.静电放电试验 若第1项可通过，此项就较好通过。 3.雷击浪涌试验 这个试验是高能量的，对设备有一定危 险，所以在试验时，一定要在被试设备上安装 输入保护部件或电路（如衰减器）。
I1
二次放电
铁氧体磁珠 ESD2 ESD1
I1
ESD常见问题与改进
电缆/机箱搭接
VN
错误
正确
ESD常见问题与改进
控制器件
开关
指示灯
绝缘面板
线路板
屏蔽层
键盘与控制面板的ESD抑制方法
5. 严酷等级 等级 1 2 3 4 6. 试验时的配备标准 见标准IEC61000-4系列 试验电压KV（ 10％） 2 4 8 15
三种脉冲性质干扰测试的比较
测试项目 模拟对象 试验电压 时低阻负载的转控 电流 能量 重复率 脉冲频谱宽度 适合测试物体 静电放电 （人体）静电放电 15KV 几十安培 <100mJ 1次/ 秒 约600MHz 可触摸金属物（接 触放电） 电快速瞬态脉冲 群 对感性负载的频率 切换 4KV 数十安培 300mJ 5个次/ 秒 约100MHz 电源线、信号线、 控制线、数据线 雷击浪涌 雷击及电力开关切 换 4—6KV 数千安培 300J 1次/ 秒 约350kHz 电源线、信号线、 控制线
2.产生电快速瞬态脉冲的原因——举例
接点间电流
I
t
u
邻近导体所感 应的噪声电压
t
这个过程除产生强烈的瞬态脉冲串的传导干扰 外，还产生强烈的辐射干扰。
3.严酷等级 等级 1 2 3 4 5 0.5 1 2 4 待定 试验电压KV（±10%） 电源线
输入、输出信号、数据线和控制线
0.25 0.5 1 2 待定
消除感性负载干扰的措施
L R RL
L
R C
L
阻尼电路参数确定
越大，开关闭合 时限流作用越好
折衷
R:
V / I a < R < RL
越小，开关断开 时反充电压越小
C:
Leabharlann Baidu
由于没有弧光，L中的能量全部进入C，VC = I (L/C)1/2 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1V/μs， C > 10- 6 I
流进电源的电流 流进抑制器的电流
大部分电流 流进了电源
0
0
20
40
60
80
100 μs
TVS增容问题
1MΩ
R 不行
R = ΔV / Ipeak
R 可以
1MΩ
最好
ΔV = 两管钳位差 Ipeak = TVS的峰值电流
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 ΔV =V1MAX - V2MIN Z ≥ ΔV / I2P