瞬態(tài)脈沖干擾的抑制

1、2002年4月,第七部分瞬態(tài)脈沖干擾的抑制,2002年4月,瞬態(tài)干擾對(duì)設(shè)備的威脅,,,,電快速脈沖,,浪涌,,靜電放電,,靜電放電,,電源端口,信號(hào)端口,,浪涌,,電快速脈沖,,靜電放電,2002年4月,感性負(fù)載斷開時(shí)產(chǎn)生的干擾,,,20 － 200 Vdc,t,,,,,,,,,,,,,,VL,,I0,Vdc,VL,,,,,,,,,,,,,,,,t,電源回路中的電流（電壓）,C,對(duì)應(yīng)的EMC實(shí)驗(yàn)：EFT,特點(diǎn)：脈沖串,2002年4月,

2、兩種觸點(diǎn)擊穿導(dǎo)通機(jī)理,,,氣隙上的電壓,,,,,擊穿電壓,維持電壓,320V,0.08mm 接觸點(diǎn)距離,,,,,,,,,,,,,陽極(+),陰極(－),電子流,輝光放電 ? 氣體電離,弧光放電? 金屬氣化,2002年4月,浪涌產(chǎn)生的原因,一般小于75kA最大可達(dá)300kA,I,導(dǎo)體周圍產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng),,,對(duì)應(yīng)EMC實(shí)驗(yàn)：浪涌,特點(diǎn)：能量大,2002年4月,靜電放電現(xiàn)象,,,,,,,＋,＋,＋,＋,＋,＋,＋,＋,＋

3、,＋,＋,＋,＋,＋,＋,＋,＋,＋,,,放電電流 I,,,,,1ns,,100ns,I,t,對(duì)應(yīng)EMC實(shí)驗(yàn)：ESD,特點(diǎn)：頻率范圍寬,2002年4月,瞬態(tài)干擾的頻譜,,,,,,,A,0.5A,,,?,2A?,,,1/??,1/?tr,時(shí)間,頻率,瞬態(tài)類型 tr ? 1/?? 1/?tr A 2A?

4、EFT 5ns 50ns 6. 4MHz 64MHz 4kV 0.4V/MHzESD 1ns 30ns 10MHz 320MHz 30A 1.8?A/MHz浪涌 1.2?s 50?s 6

5、.3kHz 265kHz 4kV 0.4V/MHz,2002年4月,消除感性負(fù)載干擾,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,R,R,C,L,L,L,RL,2002年4月,阻尼電路參數(shù)確定,R:,,越大，開關(guān)閉合時(shí)限流作用越好,越小，開關(guān)斷開時(shí)反充電壓越小,V / Ia < R < RL,,,折衷,C:,由于沒有弧光，L中的能量全部進(jìn)入C，VC = I (L/

6、C)1/2,為了防止發(fā)生輝光，VC < 300V,C > ( I / 300 ) 2 L,為了防止發(fā)生弧光，電容充電速率要小于1V/?s，C > 10- 6 I,2002年4月,過零開關(guān)消除干擾,,,,,,,,,,,,,電感電流取樣,,VDC,,,,,,,,,繼電器,,,,+,-,電壓比較器,2002年4月,瞬態(tài)干擾抑制原理,,,,分壓法：,,,正溫度系數(shù)電阻,電 阻,電 感,電 容,,,,,分流法：

7、,,負(fù)溫度系數(shù)電阻（壓敏電阻）,瞬態(tài)抑制二極管,氣體放電管,,,,,低通濾波器：截止頻率小于1 / ??,2002年4月,低通濾波器對(duì)瞬態(tài)干擾的作用,,,,,,f,IL,f,,+,,,,,,fCO,,fCO,,,A,f,輸入脈沖頻譜,濾波器特性,輸出脈沖頻譜,,2A?,2A?,2002年4月,Fco > 1 / ??,VOUT = VP(f) f1 = 2VIN ? / ?? = 2VIN / ?輸出脈沖的幅度略有降低,,,,,

8、,,,fco,VIN,VOUT,?,2002年4月,Fco < 1 / ??,Parseval 定律：時(shí)域中的能量等于頻域中的能量：,?,?,?,?,0,0,V2(f)df =,V2(t)dt,?,?,fco,0,0,(2VIN?)2df =,V 2OUT dt,?out,,,,= 1 / ?fco,(2VIN?)2 fco =,V 2OUT / ? fco,V / V OUT =,2 ?? fco ?,

9、,,,,fco,,?out,2002年4月,低通濾波器對(duì)瞬態(tài)干擾的抑制,,,,VOUT / VIN,,,,,-10,-20,-30,-40,? fCO,1/2??,0.1,,,,0.01,0.001,,0,2002年4月,瞬態(tài)干擾抑制器件,,,浪涌電壓,壓敏電阻,瞬態(tài)抑制二極管,氣體放電管,,,,,,,,,,,,,,,,,220,,,,,500,,1000,,,,鉗位不緊,電流容量不大,有跟隨電流,,2002年4月,氣體放電管的跟隨電流

10、,,,,,,,,,,,,,,跟隨電流,寄生電容小電流容量大,不可用在直流的場(chǎng)合！,2002年4月,放電管與壓敏電阻組合,,,,,,,,,,,,,,,,優(yōu)點(diǎn)： 沒有跟隨電流 沒有漏電流 鉗位電壓低,,,,,,,,,,,,,,,,,,用低通濾波器消除,2002年4月,作用在開關(guān)電源上的浪涌,,,,,,,,,,,,,,,,開關(guān)電源等效電路,,6kV, 3kA1.2 ? 50 ?s浪涌波形,,,,,0 20

11、 40 60 80 100 ?s,,,,,,0,4,2,6,,kV,0,3,2,1,kA,,,浪涌電壓,電源上電壓,流進(jìn)電源的電流,2002年4月,浪涌抑制器件的保護(hù)作用,,,,,,,,,,,,,,,,開關(guān)電源等效電路,,6kV, 3kA1.2 ? 50 ?s浪涌波形,,,,,0 20 40 60 80 100 ?s,,,,,,0,4

12、,2,6,,kV,0,3,2,1,kA,浪涌電壓,抑制后的電壓,流進(jìn)電源的電流,,,,,,,,,,,流進(jìn)抑制器的電流,,大部分電流流進(jìn)了電源,2002年4月,TVS增容問題,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,R,R,1M?,1M?,不行,可以,最好,2002年4月,多級(jí)浪涌抑制電路,,,,,,,,,,,,,,,,,,V1、V2 = 額定工作電壓I2 = 第二級(jí)額定峰值電流V2 ? V0 + 電壓偏差2V1 ? V2 +

13、電壓偏差1+電壓偏差2?V =V1MAX - V2MIN Z ? ?V / I2P,,,,,V1,,,V2,V0MAX,浪涌,一級(jí),二級(jí),,,V,,V2,V1,V0,,,,Z,,?V,,I2P,2002年4月,地線反彈與對(duì)策,,,,,,,,,,VG,,,,,,,,,,,,,,VZ + VG,VZ,若電流為5kA，地線阻抗為0.5?，則反彈電壓達(dá)到2500V !,2002年4月,靜電放電現(xiàn)象,,,,,,,＋,＋,＋,＋,＋,＋,＋,

14、＋,＋,＋,＋,＋,＋,＋,＋,＋,＋,＋,,,放電電流 I,,,,,1ns,,100ns,I,t,2002年4月,ESD對(duì)電路工作影響的機(jī)理,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,不良搭接,,孔縫,,電流找阻抗最小路徑,,,,靜電放電產(chǎn)生的電磁場(chǎng),,2002年4月,ESD產(chǎn)生的電磁場(chǎng),,,,,,,,,,5 10 15,,,,,1,2,3,4,

15、電場(chǎng) kV/m,磁場(chǎng) A/m,,,,5,10,15,時(shí)間 ns,10 cm,20 cm,50 cm,2002年4月,靜電試驗(yàn)的方法,靜電放電試驗(yàn),直接放電試驗(yàn),感 應(yīng),,,非接觸放電,接觸放電,在附近放電產(chǎn)生感應(yīng)場(chǎng),,,,,,,,,,Ipeak,,,tr 30 60 t(ns),,I1,I2,,,90%,,2002年4月,ESD常見

16、問題與改進(jìn),,,,,,,,,,,,,ESD,,,,,,V,,,,,,,,,,,,,,,ESD,,,,,,,,,,,,,,ESD,,,,,,V,,,,,,,,,,,,,,,ESD,,,,,,,,,,,,屏蔽層,,2002年4月,ESD常見問題與改進(jìn),,,,,,,,,,,,,,,ESD1,I1,,,,,,,ESD2,I2,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,二次放電,,,,,,,,,,,,,,,,,,,ESD1,I1,,,,,,ESD2