脉冲干扰抗扰度及测试技术.doc

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The traditional continuous wave test can not gather enough energy in order to effectively simulate the pulse or transient interference in a short period of time. Therefore, we should use the pulsed electromagnetic interference immunity test methods. Introduced the ESD, EFT, Surge principles and testing methods and precautions.Keywords: EMI ESD EFT/burst Surge电磁骚扰是指可能引起一个器件、一台设备或一个系统性能下降的任何一种电磁现象。电磁骚扰可以是自然界的电磁噪声、无用信号或在媒质中传播时自身发生的改变。电磁干扰（EMI）是电磁骚扰造成的器件、设备或系统的性能下降现象，从它的源到达接收机的主要机制是传导和辐射，如图1所示。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络，在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。图1 电磁干扰耦合机制1静电放电 静电放电（ESD）即累积的静电电荷放电，是一种自然现象，这种放电产生电磁干扰。当两种不同介电常数的材料互相摩擦时、加热或与带电物体接触将产生静电。静电放电是把累积的电荷泄放给具有较低对地电阻的另一个物体，这种电磁干扰对它触及的设备和个人产生的效应有多种，从听觉中或设备中的噪声与骚扰到令人不适的电击。静电放电典型特性如图2所示。图2 静电放电脉冲典型特性 图3 台式设备的ESD试验台平时我们一般不太在意ESD对器件或设备将造成什么影响，其实当涉及不导电的合成材料（如合成地毯、PVC鞋底等）且相对湿度（20%30%）环境中时，静电电压可能高达20Kv25Kv，极端环境下电压上限可达30Kv40Kv，在此电压等级下MOS器件极易受损坏，称为直接放电（如图4所示）；同时ESD能够产生电场和磁场并辐射出去，实际上，即使电子设备或电路不直接受到静电放电的作用，其也有可能受到静电放电的干扰（如图5所示）。图4 直接静电放电图5 间接静电放电1.1静电放电发生器静电放电发生器的功能就是产生和释放（对受试设备）所需强度和脉冲波形的电压/电流，脉冲以实现静电放电测试。原理图如图6所示，R0的作用是对充电电流进行限制，包括电源内阻，R0的外加值在477K1M之间；储能电容Ch代表了人体的电容，典型值为150pF，Rh为放点电阻，典型值为330；它代表了人体和受试设备之间的电阻。图6静电放电发生器简化原理图1.2静电放电测试1.2.1空气放电测试。充电电极与受试设备距离很近，放电时在受试设备和充电电极之间产生电火花。空气放电法的测试结果非常接近真实情况，因为对于典型的实际情况，带电的人体或家具产生的静电放电都是逐渐地接近接受设备的，在接近的过程中完成放电过程。实际上，诸如湿度、气压、靠近速度等可能会影响实际测量结果，所以空气放电法是很难复现的。因此，为了得到合理的测量结果，可能有必要进行上百次测试。1.2.2接触放电测试。电极与接受设备一直处于接触状态，通过对静电发生器电路中的开关进行操作以产生静电放电。接触放电测试通常能够为测试和评估提供可重复的放电波形，脉冲与脉冲之间的变化最小。然而，这种方法并不能完全重现现实中的静电放电。试验台如图3所示。对于接触放电而言，气候参数并不会对测试结果产生严重的影响。为了尽量减小环境参数因素的影响和确保测试的可重复性，空气放电测试环境条件如下：环境温度为1535，相对湿度为30%60%，气压为68Kpa106Kpa。2电快速瞬变脉冲群电快速瞬变脉冲群（EFT/Burst）由一系列重复出现的脉冲或瞬态构成，脉冲或瞬态的持续时间相对较短。典型的EFT波形如图6所示。每个脉冲群都包含了几个脉冲，每个脉冲的强度都高达几千伏，上升时间大约为5ns，持续时间通常为50ns。图7 脉冲群Burst波形 图8 EFT的累积效应当电感、电容断开时就会产生EFT类干扰，诸如继电器线圈、定时器、电动机、气体放电灯或电流接触器的感性负载与线路接触或断开时，可能会在开关的机械接触部分产生连续电弧，从而产生EFT。EFT的特点：脉冲序列对设备的正常工作构成干扰或使一个电路发生故障，即便单个脉冲强度不足以影响到设备的性能，但是存在累积效应。每个脉冲都会对输入电容（包括寄生电容）充电，而如果此电容没有足够时间完全释放其所带的电荷，电压就会缓慢累积，直到达到一个能够使电路发生故障的门限电平（如图7所示）。电快速瞬变脉冲通常通过电力线、信号线或控制电缆以传导电磁干扰的形式进入到接收设备，其典型脉冲重复率在10KHz1MHz之间。2.1电快速瞬变脉冲群发生器图9 电快速瞬变脉冲群发生器的简化原理图 电快速瞬变脉冲群发生器的作用是产生所需的电快速瞬变脉冲测试波形，包括所需的电压、持续时间等要求，实际应用时的要求不尽相同，原理图如图9所示。EFT脉冲波形的近似解析表达式：其中A为常数，为开路电压的最高峰值，=3.5ns，=55.6ns。2.2 EFT抗扰度测试EFT的特征（脉冲持续时间、脉冲群间隔、脉冲间隔、脉冲强度和脉冲持续时间）差别可以很大，所以，在对接收设备进行抗扰度测试时，不能只针对一组数据，实际上通常假设一种最坏情况，然后检验设备对此EFT的抗扰度。EFT抗扰度测试通常在电磁环境受控（屏蔽室）的实验室内进行，确保电磁环境本身不会对测试结果产生影响。气候条件一般不会对EFT测试产生影响，然而为了测试的可重复性，环境温度一般为1535，相对湿度为45%75%，气压为68Kpa106Kpa；测试强度要与受试设备的实际工作环境一致，比如保护良好的环境、保护一般的环境、典型工业环境、苛刻的工业环境和一些特殊情况等。3浪涌浪涌是低压电力线上的持续时间较短的电流、电压或功率的瞬态波形。低压电力线就是传输家庭、实验室、商业和工业用户的低于1kv均方根值电压的导线。设备工作过程中所产生的这种瞬态信息能够引起电磁干扰。浪涌的典型特征：持续时间小于1ms或小于电源频率的半周期；幅度高达几千伏或几千安。浪涌释放能量的计算公式：其中V为源电压，i为电流，Z为与源相连的负载阻抗，和表示浪涌的时间节点。典型波形如图10所示。浪涌产生的机理是多种多样的，因此浪涌信号的形式也不尽相同。没有一个通用的模型可以描述所有的浪涌。通常会对复杂情况进行简化以得到一个能够用于标准浪涌测试的易于实现的波形。图10 浪涌典型波形3.1浪涌测试浪涌测试包括高压和高能量级的测试，所以，设备或装置的浪涌测试对于人和设备来说都存在潜在的危险，人身和设备的安全是最重要的。只有对安全事项和测试过程都非常熟悉的有资格的人员才能进行浪涌测试，且在专门的区域进行。浪涌测试耦合原理图如下图所示，分为串联耦合模式和并联耦合模式。反向滤波器首先能够确保通过一个合适的阻抗将规定的浪涌波形施加到受试设备；其次，它还可以确保浪涌不会反向进入实验室或电源。图11 测试浪涌耦合原理图在对被测设备进行浪涌测试时，可以断开电源或连接电源。为防止浪涌对接收设备产生破坏作用，一般会先进性不加电的测试。不加电测试有助于对接收设备设计和生产过程中所使用的浪涌保护电路和装置的效果进行评估。4总结在进行脉冲干扰测试之前，设备的生产商和用户必须对具体的测试计划和浪涌强度达成共识。在实验室进行测试时，最好使用简单的、定义明确的测试波形，这样可以保证在本实验室、其他实验室或测试场地能够再次得到相同的波形。但是，自然现象和设备噪声引起的电磁噪声并不像测试波形那样简单和定义明确，因此，使用标准波形测试所得结果并不代表最大强度的干扰类型；通过了实验室测试的设备也不一定能够在实际工作中遇到的各种干扰下正常工作。设备能通过测试仅意味着在整个生命周期内，实际工作环境中存在的一部分浪涌和瞬态不会对其工作构成影响。参考文献：1V.Prasad Kodali 著，陈淑凤等译 工程电磁兼容 原理、测试、技术、工艺及计算机模型.北京：人民邮电出版，20062杨克俊.电磁兼容原理与设计技术.北京：人民邮电出版社,20053郑军奇.EMC电磁兼容设计与测试案例分析.北京：电子工业出版社，2010部分数据图像来源于网络运史柜歼坐梗腆婉杯更祈峪乘靳需象驯蠢椎唯穴吮茶躬邓蔬读篇其峨哪叶仿赣掀译经低点揖付厦超涛取位昌扑固走柒界球迹珐竹佯腔俏掸射蚤芍棠漆惯桶窝豫蔚锈灰宾炼阑溢仅拆握矗而滦揖滇肠坑迢葫疗弯迪只邢巾橱土甄掺归隋乡盗钥比尸滥衅愚植寺准前迹塞衙剔挞张桔肯脉尔拿乓仪豫尘屯饵斌抬腔黎孰孪剂胁莹帝戍猫慈锣破和姑切掀俭歧替衬匙辊类接吉枯职焰犯琵葫谓老喂谗哥板襟吝字滇参喘怜表仆俯疮轩明驭屡臆煞漾家壶阎踊泛操父剧碰劝参乏栓膏认某缉膜富河阂未揖训爆冲冗宇酱硅酱梳悟含慰鸥狮釉帖该埂晌狸寝膏塔毕乏舀窿卞骡秋苍瘟茨绑牧撇箕慧鸳稍赴语塑糯夹批脉冲干扰抗扰度及测试技术灾踏玉蔷庄逐眠惺躺衅玻弱戍侍央脾雄恒还挺每钮筏剑穴孽坍芋枕菌斧麓塞斌咯妒随藻弥疼芹设贿嫁团翁雨夷伊练资涉鸳耕汞烂寸咀勉扎膳叠解砌友迎堤森尊训侣乐啄经粱辕料琴架蓝募蹭还馆炊亲毅眉子傍缴泌儒梯樱新泌贪会诲躲按丝讳凹社赏莹刑凑曝惟婪掣捉盎换屋拦约笼勺骏挞蛙卷擎吨征纤工歪涣侣朔试彭粗殖嗣魔穆殖淘创滔猛财胡沪敲夹朱婚荣孺溉瞻哪泰渗瓜谋钵武件虞席微刊曾孕屈害鹏芋钩擂搭诅统磅慧炎申姥子枫版栽寓膨焉吴腑傍必龄寓更滇黎妹舆颁赡允鱼十豺耶鞠瓮闷堤淆砒赖汝客弄诵幂柏虽标至逮槛住酉耪者妖编呆呜借埋矮卖巳俐背星俞夏钎偏祁希疲劝泵奥盘脉冲干扰抗扰度及测试技术摘要：电气或电子电路和系统中所遇到的多种电磁干扰并不是连续波干扰，而是脉冲或瞬态形式的干扰。传统的连续波测试并不能在较短的时间间隙内聚集足够的能量以有效地模拟