瞬态干扰抑制讲解

1、六、瞬态干扰及其抑制 电感性电感性 负载负载 主要内容主要内容 1. 概述概述 2.电快速瞬变脉冲群（电快速瞬变脉冲群（EFT ） 3.雷击浪涌及其防护雷击浪涌及其防护 4. 静电放电干扰及其防护静电放电干扰及其防护 5.抑制瞬态骚扰的常用器件抑制瞬态骚扰的常用器件 瞬态干扰对设备的威胁 电快速脉冲 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 静电放电 n 瞬态干扰：瞬态干扰：时间很短，频谱宽，幅度大的电磁干扰。 n 常见的瞬态干扰常见的瞬态干扰：电快速脉冲、浪涌、静电放电 1. 1. 概述概述 1. 1. 概述概述 1. 1. 概述概述 3种瞬态干扰的比较种瞬态干扰的比较

2、 骚扰类型EFTSURGEESD 脉冲上升时间5ms慢，ms量级1ns 能量中等（单个脉冲）高低 电压（负载阻抗高）10kV以下10kV以下15kV以上 电流（负载阻抗低）几十安培几千安培 人体放电几十安培 装置放电可达数百安培 瞬态类型瞬态类型 tr 1/ 1/ tr A 2A EFT 5ns 50ns 6. 4MHz 64MHz 4kV 0.4V/MHz ESD 1ns 30ns 10MHz 320MHz 30A 1.8m mA/MHz 浪涌浪涌 1.2m ms 50m ms 6.3kHz 265kHz 4kV 0.4V/MHz 1. 1. 概述概述 瞬态干扰的频谱瞬态干扰的频谱 tr A

3、 0.5A 2A 1/ 1/ tr 时间时间频率频率 A:瞬态干扰脉冲的振幅瞬态干扰脉冲的振幅 电感性负载电感性负载 感性负载断开时产生的干扰感性负载断开时产生的干扰 2. 2. 电快速瞬变脉冲群（电快速瞬变脉冲群（EFTEFT） 开关触点击穿导通机理开关触点击穿导通机理 气隙上的电压 击穿电压击穿电压 维持电压320V 0.08mm 接触点距离 辉光放电辉光放电 气体电离气体电离 2. 2. 电快速瞬变脉冲群（电快速瞬变脉冲群（EFTEFT） 开关触点击穿导通机理开关触点击穿导通机理 2. 2. 电快速瞬变脉冲群（电快速瞬变脉冲群（EFTEFT） 阳极(+) 阴极() 电子流 弧光放电弧光放

4、电 金属气化金属气化 击穿电压击穿电压 维持电压30 V 接触点距离 2. 2. 电快速瞬变脉冲群（电快速瞬变脉冲群（EFTEFT） 感性负载断开时产生的干扰感性负载断开时产生的干扰 VL VL t 电源回路中的电流（电压） I0 Vdc C 特点：脉冲串特点：脉冲串 t 2. 2. 电快速瞬变脉冲群（电快速瞬变脉冲群（EFTEFT） 1. 1. 电快速瞬变脉冲群（电快速瞬变脉冲群（EFTEFT） EFT干扰机理干扰机理 2. 2. 电快速瞬变脉冲群（电快速瞬变脉冲群（EFTEFT） EFT干扰机理干扰机理 2. 2. 电快速瞬变脉冲群（电快速瞬变脉冲群（EFTEFT） EFT干扰机理干扰机理

5、 2. 2. 电快速瞬变脉冲群（电快速瞬变脉冲群（EFTEFT） 2. 2. 电快速瞬变脉冲群（电快速瞬变脉冲群（EFTEFT） EFT特性特性 2. 2. 电快速瞬变脉冲群（电快速瞬变脉冲群（EFTEFT） EFT干扰的抑制干扰的抑制 R L RL R C L 2. 2. 电快速瞬变脉冲群（电快速瞬变脉冲群（EFTEFT） 电感电感EFT干扰抑制网络干扰抑制网络 L 2. 2. 电快速瞬变脉冲群（电快速瞬变脉冲群（EFTEFT） 电感电感EFT干扰抑制网络干扰抑制网络 R: 越大，开关闭合越大，开关闭合 时限流作用越好时限流作用越好 越小，开关断开越小，开关断开 时反充电压越小时反充电压越小

6、 V / Ia R RL 折衷折衷 C: 由于没有弧光，由于没有弧光，L中的能量全部进入中的能量全部进入C，VC = I (L/C)1/2 为了防止发生辉光，为了防止发生辉光，VC ( I / 300 ) 2 L 为了防止发生弧光，电容充电速率要小于为了防止发生弧光，电容充电速率要小于1V/m ms， C 10- 6 I R C L 接在开关两端的开关防护电路接在开关两端的开关防护电路 2. 2. 电快速瞬变脉冲群（电快速瞬变脉冲群（EFTEFT） 3 .3 .雷击浪涌雷击浪涌 在大气层中，云层间或云和地之间的电位差增大达到一定程度时，即在大气层中，云层间或云和地之间的电位差增大达到一定程度时

7、，即 发生猛烈放电现象（闪电）发生猛烈放电现象（闪电） 直击雷直击雷 3 .3 .雷击浪涌雷击浪涌 感应雷感应雷 3 .3 .雷击浪涌雷击浪涌 感应雷感应雷 3 .3 .雷击浪涌雷击浪涌 浪涌浪涌 3 .3 .雷击浪涌雷击浪涌 浪涌浪涌 3 .3 .雷击浪涌雷击浪涌 类型类型产生原因产生原因 雷击雷击 直击雷直击雷雷击直接点击电源或信号线雷击直接点击电源或信号线 感应雷感应雷静电感应、电磁感应静电感应、电磁感应 线路浪涌线路浪涌 故障浪涌故障浪涌 相线与地短路引起的过电压相线与地短路引起的过电压 一相开路引起的过电压一相开路引起的过电压 系统开关系统开关无负载时开关无负载时开关 过电压过电压

8、切断电流切断电流 容性或感性负载开关容性或感性负载开关 整流整流 电磁感应电磁感应使用电吹风、无绳电话等使用电吹风、无绳电话等 静电感应静电感应人体静电、摩擦静电人体静电、摩擦静电 核电磁脉冲核电磁脉冲核爆核爆 雷电浪涌对机房电子设备造成损害的主要途径雷电浪涌对机房电子设备造成损害的主要途径 3 .3 .雷击浪涌雷击浪涌 雷电危害防护雷电危害防护 3 .3 .雷击浪涌雷击浪涌 雷电危害防护雷电危害防护 3 .3 .雷击浪涌雷击浪涌 雷电危害防护雷电危害防护 3 .3 .雷击浪涌雷击浪涌 放电电流放电电流 I 特点：频率范围宽特点：频率范围宽 n静电的产生静电的产生： p 接触分离起电接触分离起

9、电 p 摩擦起电摩擦起电 p 感应起电感应起电 p 传导起电传导起电 1ns100ns I t 放电电流 4 .4 .静电放电干扰及其防护静电放电干扰及其防护 n静电放电现象静电放电现象：当一个带：当一个带 电物体接近一个接地导体电物体接近一个接地导体 时，带电物体上的电荷会时，带电物体上的电荷会 通过接地导体快速泄放。通过接地导体快速泄放。 放电电流放电电流 I 特点：频率范围宽特点：频率范围宽 静电放电产生电磁干扰的实质：静电放电产生电磁干扰的实质： 放电电流具有很高的幅度和很短上升沿，会产生强度大、频谱宽的电磁场，放电电流具有很高的幅度和很短上升沿，会产生强度大、频谱宽的电磁场， 对电子

10、设备造成电磁干扰。对电子设备造成电磁干扰。 根据傅立叶变换，上升沿为根据傅立叶变换，上升沿为1ns的脉冲，带宽达到的脉冲，带宽达到300MHz。 1ns100ns I t 放电电流 4 .4 .静电放电干扰及其防护静电放电干扰及其防护 4 .4 .静电放电干扰及其防护静电放电干扰及其防护 ESD对电路工作影响的机理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 静电放电耦合通路有：直接传导、寄生电容静电放电耦合通路有：直接传导、寄生电容/电感耦合进敏感电路。电感耦合进敏感电路。 静电放电对设备造成的损害有三种：硬损坏、软损坏和数据错误。静电放电对设备造成的损害有三种

11、：硬损坏、软损坏和数据错误。 直接传导直接传导 电容耦合 4 .4 .静电放电干扰及其防护静电放电干扰及其防护 4 .4 .静电放电干扰及其防护静电放电干扰及其防护 ESD防护设计及措施防护设计及措施 ESD常见问题与改进常见问题与改进 ESD V ESD V 单点接地单点接地 4 .4 .静电放电干扰及其防护静电放电干扰及其防护4 .4 .静电放电干扰及其防护静电放电干扰及其防护 ESD常见问题与改进常见问题与改进 ESD ESD 屏蔽层 屏蔽场作用屏蔽场作用 4 .4 .静电放电干扰及其防护静电放电干扰及其防护4 .4 .静电放电干扰及其防护静电放电干扰及其防护 ESD1 I1 ESD2

12、I2 ESD1 I1 ESD2 铁氧体磁珠 ESD常见问题与改进常见问题与改进 4 .4 .静电放电干扰及其防护静电放电干扰及其防护 高电位 共模电流共模电流 0V 二次放电 高电位 ESD常见问题与改进常见问题与改进 4 .4 .静电放电干扰及其防护静电放电干扰及其防护 ESD常见问题与改进常见问题与改进 4 .4 .静电放电干扰及其防护静电放电干扰及其防护 发生10000V静电放电时： ESD常见问题与改进常见问题与改进 4 .4 .静电放电干扰及其防护静电放电干扰及其防护 低通滤波器：低通滤波器： 截止频率小于截止频率小于1 / 分压法：分压法： 电电 阻阻 电电 感感 电电 容容 分流

13、法：分流法： 压敏电阻压敏电阻 瞬态抑制二极管瞬态抑制二极管 气体放电管气体放电管 电电 容电阻容电阻 5 .5 .瞬态干扰抑制常用器件瞬态干扰抑制常用器件 瞬态干扰抑制机理瞬态干扰抑制机理 浪涌抑制器件浪涌抑制器件 压敏电阻压敏电阻 瞬态抑制二极管瞬态抑制二极管 气体放电管气体放电管 低通滤波器低通滤波器 上策上策 下策下策 并并 用用 浪涌注入端浪涌注入端 被保护电路被保护电路 端端 抑制高频 差模干扰 5 .5 .瞬态干扰抑制常用器件瞬态干扰抑制常用器件 VOUT / VIN -10 -20 -30 -40 fCO 1/20.10.01 0.001 0 VOUT / VIN = 2 fc

14、o 低通滤波器对瞬态干扰的抑制低通滤波器对瞬态干扰的抑制 5 .5 .瞬态干扰抑制常用器件瞬态干扰抑制常用器件 低通滤波器低通滤波器 瞬态抑制二极管瞬态抑制二极管 气体放电管气体放电管压敏电阻压敏电阻 V I V I V I u 共同特点：共同特点：当器件上的电压超过当器件上的电压超过 一定值时，器件的电阻变得很低，一定值时，器件的电阻变得很低， 分流作用，并将干扰能量泄放掉。分流作用，并将干扰能量泄放掉。 5 .5 .瞬态干扰抑制常用器件瞬态干扰抑制常用器件 1000 浪涌电压浪涌电压 压敏电阻压敏电阻 瞬态抑制二极管瞬态抑制二极管 气体放电管气体放电管 220 500 钳位电压较高钳位电压

15、较高 电流容量不大电流容量不大 有残留尖峰有残留尖峰 和跟随电流和跟随电流 瞬态瞬态注入注入 端端 被保护电被保护电 路端路端 u t 5 .5 .瞬态干扰抑制常用器件瞬态干扰抑制常用器件 5 .5 .瞬态干扰抑制常用器件瞬态干扰抑制常用器件 5 .5 .瞬态干扰抑制常用器件瞬态干扰抑制常用器件 气体放电管 残留尖峰残留尖峰 时间时间 电压电压 跟随电流跟随电流 通常与瞬态二级管通常与瞬态二级管 串联合用：串联合用： 没有跟随电流没有跟随电流 没有漏电流没有漏电流 钳位电压低钳位电压低 5 .5 .瞬态干扰抑制常用器件瞬态干扰抑制常用器件 5 .5 .瞬态干扰抑制常用器件瞬态干扰抑制常用器件

16、5 .5 .瞬态干扰抑制常用器件瞬态干扰抑制常用器件 5 .5 .瞬态干扰抑制常用器件瞬态干扰抑制常用器件 5 .5 .瞬态干扰抑制常用器件瞬态干扰抑制常用器件 5 .5 .瞬态干扰抑制常用器件瞬态干扰抑制常用器件 5 .5 .瞬态干扰抑制常用器件瞬态干扰抑制常用器件 5 .5 .瞬态干扰抑制常用器件瞬态干扰抑制常用器件 5 .5 .瞬态干扰抑制常用器件瞬态干扰抑制常用器件 5 .5 .瞬态干扰抑制常用器件瞬态干扰抑制常用器件 5 .5 .瞬态干扰抑制常用器件瞬态干扰抑制常用器件 作用在开关电源上的浪涌 开关电源等效电路开关电源等效电路 6kV, 3kA 1.2 50 m ms 浪涌波形浪涌波形 0 20 40 60 80 100 m ms 0 4 2 6 kV 0 3 2 1 kA 浪涌电压浪涌电压 电源上电压电源上电压 流进电源的电流流进电源的电流 浪涌抑制器件的保护作用 开关电源等效电路 6kV, 3kA 1.2 50 m ms 浪涌波形浪涌波形