杨继深 2002年8月

第七部分瞬态脉冲干扰的抑制

杨继深 2002年8月

瞬态干扰对设备的威胁

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

杨继深 2002年8月

感性负载断开时产生的干扰

20 － 200 Vdc

t

VLI0

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

杨继深 2002年8月

两种触点击穿导通机理气隙上的电压

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

杨继深 2002年8月

浪涌产生的原因

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

杨继深 2002年8月

静电放电现象

＋＋＋＋

＋＋＋＋

＋

＋＋

＋＋＋

＋＋＋

＋

放电电流 I

1ns 100ns

I

t

对应 EMC 实验： ESD

特点：频率范围宽

杨继深 2002年8月

瞬态干扰的频谱

A

0.5A

2A

1/ 1/tr时间 频率

瞬态类型 tr 1/ 1/tr A 2A

EFT 5ns 50ns 6. 4MHz 64MHz 4kV 0.4V/MHz

ESD 1ns 30ns 10MHz 320MHz 30A 1.8A/MHz

浪涌 1.2s 50s 6.3kHz 265kHz 4kV 0.4V/MHz

杨继深 2002年8月

消除感性负载干扰

R

R

C

LLL

RL

杨继深 2002年8月

阻尼电路参数确定

R:

越大，开关闭合时限流作用越好

越小，开关断开时反充电压越小

V / Ia < R < RL

折衷

C: 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/s ，

C > 10- 6 I

杨继深 2002年8月

过零开关消除干扰

电感电流取样

VDC

继电器+

-电压比较器

杨继深 2002年8月

瞬态干扰抑制原理

分压法：

正温度系数电阻

电 阻电 感电 容

分流法：

负温度系数电阻（压敏电阻）

瞬态抑制二极管

气体放电管

低通滤波器：截止频率小于 1 /

杨继深 2002年8月

低通滤波器对瞬态干扰的作用

f

IL

f

+

fCO

fCO

A

f

输入脉冲频谱

滤波器特性

输出脉冲频谱

2A

2A

杨继深 2002年8月

Fco > 1 / VOUT = VP(f) f1 = 2VIN / = 2VIN /

输出脉冲的幅度略有降低

fco

VIN

VOUT

杨继深 2002年8月

Fco < 1 / Parseval 定律：时域中的能量等于频域中的能量：

00V2(f)df = V2(t)dt

fco

00(2VIN)2df = V 2

OUT dt

out

= 1 / fco

(2VIN)2 fco = V 2OUT / fco

V / V OUT = 2 fco fco

out

杨继深 2002年8月

低通滤波器对瞬态干扰的抑制VOUT / VIN

-10

-20

-30

-40

fCO1/20.10.010.001

0

杨继深 2002年8月

瞬态干扰抑制器件

浪涌电压

压敏电阻

瞬态抑制二极管

气体放电管

220

500

1000

钳位不紧

电流容量不大

有跟随电流

杨继深 2002年8月

气体放电管的跟随电流

跟随电流

•寄生电容小•电流容量大

不可用在直流的场合！

杨继深 2002年8月

放电管与压敏电阻组合

优点：• 没有跟随电流 • 没有漏电流• 钳位电压低

用低通滤波器消除

杨继深 2002年8月

作用在开关电源上的浪涌

开关电源等效电路6kV, 3kA

1.2 50 s

浪涌波形0 20 40 60 80 100 s

0

4

2

6

kV

0

3

2

1

kA

浪涌电压

电源上电压

流进电源的电流

杨继深 2002年8月

浪涌抑制器件的保护作用

开关电源等效电路6kV, 3kA

1.2 50 s

浪涌波形0 20 40 60 80 100 s

0

4

2

6

kV

0

3

2

1

kA

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

大部分电流

流进了电源

杨继深 2002年8月

TVS 增容问题

RR 1M

R = V / Ipeak

V = 两管钳位差

Ipeak = TVS 的峰值电流

1M

不行 可以 最好

杨继深 2002年8月

多级浪涌抑制电路

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

浪涌一级

二级

V

V2 V1 V0

Z

VI2P

杨继深 2002年8月

地线反弹与对策

设施地 设备参考地VG

VZ + VG

VZ

若电流为 5kA ，地线阻抗为 0.5 ，则反弹电压达到 2500V !

杨继深 2002年8月

静电放电现象

＋＋＋＋

＋＋＋＋

＋

＋＋

＋＋＋

＋＋＋

＋

放电电流 I

1ns 100ns

I

t

杨继深 2002年8月

ESD 对电路工作影响的机理

不良搭接 孔缝

电流找阻抗最小路径 静电放电产生的电磁场

杨继深 2002年8月

ESD 产生的电磁场

5 10 15

1

2

3

4

电场 kV/m 磁场 A/m

5

10

15

时间 ns

10 cm

20 cm

50 cm

杨继深 2002年8月

静电试验的方法

静电放电试验

直接放电试验 感 应

非接触

放电

接触

放电

在附近放电

产生感应场

Ipeak

tr 30 60 t(ns)

I1

I2

90%

杨继深 2002年8月

ESD 常见问题与改进

ESD

V

ESD

ESD

V

ESD

屏蔽层

杨继深 2002年8月

ESD 常见问题与改进ESD1

I1

ESD2I2

二次放电

ESD1

I1

ESD2

铁氧体磁珠

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