防雷专业用4瞬态干扰的抑制

1、第七章瞬态干扰的抑制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n瞬态干扰对设备的威胁n瞬态噪声瞬态噪声(例如电快速瞬变脉冲群（EFT)、浪涌噪声SURGE（雷电浪涌、投切过电压、核电磁脉冲等）、静电放电（ESD）等)n特点特点：幅度大，时间短，频谱宽n用时域法描述比较方便，相应地，必须采用一些特殊的、方便易行的抑制这些瞬态干扰的方法三种瞬态干扰的比较：三种瞬态干扰的比较：1 脉冲上升时间：脉冲上升时间：ESD 极快，1ns，EFT 很快，约5ns，浪涌 慢，s数量级n2 能量：能量：ESD 低，EFT（单个脉冲） 中等，浪涌 高n3 电压（负载阻抗高）：电压（负载阻抗

2、高）：ESD 15kV以上，EFT 10kV以下，浪涌 10kVn4 电流（负载阻抗低）：电流（负载阻抗低）：ESD 人体放电为几十A，装置放电可达数百A，EFT几十A， 浪涌 几千A 至上百千安n说明：说明：NEMP（核电磁脉冲）也会在电缆中感应出浪涌，但它的上升时间很短，在ns级。nESD一触点开关噪声及其抑制(EFT)n 一个载流的触点开关在断开或闭合的瞬间，两个触头之间可能会发生短时间的电击穿现象辉光放电和弧光放电。n这些由电击穿引起的放电过程，一方面会损伤开关的触头，降低它们的使用寿命；另一方面会同时产生短时间的高频辐射和在线路中引起电流、电压的浪涌，这些浪涌电流和电压又可能干扰其他

3、电路，感性负载断开时产生的干扰20 200 VdctVLI0VdcVLt电源回路中的电流（电压）C对应的对应的EMC实验：实验：EFT特点：脉冲串特点：脉冲串放电噪声机理n辉光放电当两触头之间的空气隙击穿产生辉光放电时，存在一个维持辉光放电的最低辉光放电电压Ug。例如，当两触头之间的间隙为762m时， Ug约为300V左右(参看图) 辉光放电造成的干扰与电晕放电情况类似，属于辐射性质的干扰。通常，这种放电是发生在设备内部，其产生的干扰要比电晕放电的影响更为明显和严重。两种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（约300V）320V0.08mm 接触点距离 阳极(+)阴极()电子流

4、辉光放电辉光放电 气体电离气体电离弧光放电弧光放电 金属气化金属气化弧光放电n当两触头之间的距离继续减小时，辉光放电电流增大，进入异常辉光放电区，会导致热弧光放电。弧光放电也存在一个维持弧光放电的最低弧光放电电压UA和最低弧光放电电流IA，它的典型值参见表25。在实际工业现场和正常生活中，除了前述那些持续的或断续的辉光、弧光放电造成的电磁辐射干扰以外，还有许多电力电子设备(如汽车发动机点火装置、继电器、马达、变压器、电焊机、高频电火花切割机等)更是直接的电磁干扰源（EFT），这些设备的电火花能量很大，电磁干扰的强度也很强。对所有有触点开关控制的电路(特别是电感性负载电路)而言，在开关断开或闭合

5、瞬间，开关触头间部可能因电感存贮磁能的释放，造成瞬态高电压或瞬态冲击电流，而出现触头气隙击穿和放电过程瞬态干扰抑制措施接在电感负载两端的瞬态噪声抑制网络接在开关两端的开关防护电路瞬态干扰的频谱A0.5A 2A 1/1/ tr时间时间频率频率瞬态类型瞬态类型 tr 1/ 1/ tr A 2A EFT 5ns 50ns 6. 4MHz 64MHz 4kV 0.4V/MHzESD 1ns 30ns 10MHz 320MHz 30A 1.8 A/MHz浪涌浪涌 1.2 s 50 s 6.3kHz 265kHz 4kV 0.4V/MHz消除感性负载干扰RRCLLLRL阻尼电路参数确定R:越大，开关闭合越

6、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/ s，C 10- 6 I过零开关消除干扰电感电电感电流取样流取样VDC继电器+-电压比较器电压比较器瞬态干扰抑制原理分压法：分压法：正温度系数电阻正温度系数电阻电电 阻阻电电 感感电电 容容分流法：分流法：负温度系数电阻负温

7、度系数电阻（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：截止频率小于低通滤波器：截止频率小于1 / 低通滤波器对瞬态干扰的作用fILf+fCOfCOAf输入脉冲频谱输入脉冲频谱滤波器特性滤波器特性输出脉冲频谱输出脉冲频谱2A 2A Fco 1 / VOUT = VP(f) f1 = 2VIN / = 2VIN / 输出脉冲的幅度略有降低输出脉冲的幅度略有降低fcoVINVOUT Fco 1 / Parseval 定律：时域中的能量等于频域中的能量：定律：时域中的能量等于频域中的能量： 00V2(f)df =V2(t)dt fco00(2VIN )2df =

8、V 2OUT dt out= 1 / fco(2VIN )2 fco =V 2OUT / fco V / V OUT =2 fco fco out低通滤波器对瞬态干扰的抑制VOUT / VIN-10-20-30-40 fCO1/20.10.010.0010瞬态干扰抑制器件 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2205001000钳位不紧钳位不紧电流容量不大电流容量不大有跟随电流有跟随电流气体放电管的跟随电流跟随电流跟随电流寄生电容小寄生电容小电流容量大电流容量大不可用在直流的场合！不可用在直流的场合！放电管与压敏电阻组合优点：优点： 没有跟随电流没有

9、跟随电流 没有漏电流没有漏电流 钳位电压低钳位电压低用低通滤用低通滤波器消除波器消除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, 3kA1.2 50 s浪涌波形浪涌波形0 20 40 60 80 100 s0426kV0321kA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, 3kA1.2 50 s浪涌波形浪涌波形0 20 40 60 80 100 s0426kV0321kA浪涌电压浪涌电压抑制后的电压抑制后的电压流进电源的电流流进电源的电流流进抑制器的电流流进抑制器的电流大部分电流大部分电流流进了电源流进了电源

10、TVS增容问题RR 1M1M不行不行可以可以最好最好多级浪涌抑制电路V1、V2 = 额定工作电压额定工作电压I2 = 第二级额定峰值电流第二级额定峰值电流V2 V0 + 电压偏差电压偏差2V1 V2 + 电压偏差电压偏差1+电电压偏差压偏差2 V =V1MAX - V2MIN Z V / I2P V1 V2 V0MAX 浪涌一级二级VV2 V1 V0 Z VI2P 地线反弹与对策设施地设备参考地VGVZ + VGVZ若电流为若电流为5kA，地线阻抗为地线阻抗为0.5 ，则反弹电压达到，则反弹电压达到2500V !二.雷击浪涌nLEMP是强度很大，干扰空间范围很广、频谱很宽的电磁干扰源，需要专门

11、研究雷电流的波形 如图，先由纵轴上的0.1、0.9、和 1.0 三个刻度作三条横轴的平行线，前两条平行线分别与波形曲线的头部分相交于A、B两点，过A、B两点作一条直线,该直线与第三条平行线和横轴分别相交于C、D 两点，由C点引横轴的垂线, 其垂足E点与 D点之间的时间即定义为 波头时间,用 t1 表示。为了定义波长时间, 再由纵轴上0.5刻度作横轴的平行线,该平行线与 波形曲线的波尾部分相交于F点, 从 F点引 横轴的垂线, 垂足G点与D点之间的时间即定义为波长时间，用t2表示.由于波长时间也是波形曲线衰减到半幅值所需要的时间, 它习惯上也被称 为半幅值时间。在定义了波头和波长时间后, 单极性

12、雷电流脉冲波形可计为t1/t2, 这里t1和t2一般采用s作单位。浪涌电压现象（标准波形） 幅度 千伏 （kV） 或 千安 （kA）根据IEC61312-1：雷电流可分为三种典型的波形三、冲击电流测试脉冲10/350s和8/20 s电流波形比较四、五 、雷电流的实测波形六、首次及雷击的雷电流参量七、后续雷击的雷电流参量八、长时间雷击的雷电流参量九、电涌保护电路概述n电涌保护电路是为了防止被保护电路受到过大的过载冲击而设置的，它应当具备如下特点n1：正常工作时，保护电路对系统的影响可忽略不计，即它的并联电阻应足够大n2：对过载电压应有良好的符位能力，即在大瞬变电压进入电路期间，被保护电路的两端电

13、压应接近或低于系统的最大工作电压。n 3)应具有强的分流能力，保护电路能吸收最坏情况下的瞬变过程能量，而自身又不致损坏。n 4)对过载电压应有尽量短的响应时间。n 5)在瞬变过程结束后应恢复正常，不应是不可恢复的、次性的，并能对持续不断或连续的过载过程起保护作用而不致损坏。n 6)体积小，价廉，易于维护设备端电涌保护电路举例n一种适用于平衡式计算机数据线的防护电路一种适用于平衡式计算机数据线的防护电路如图如图821所示。这是一个三级防护电路，由所示。这是一个三级防护电路，由电火花隙器件、变阻器和齐纳稳压二极管三种电火花隙器件、变阻器和齐纳稳压二极管三种保护器件构成。其中，电火花隙器件的击穿电保护器件构成。其中，电火花隙器件的击穿电压为压为300V变阻器的保护电压为变阻器的保护电压为53V，保护时流保护时流过电流为过电流为30A，为二级保护器件；齐纳稳压二为二级保护器件；齐纳稳压二极管反内击容电压为极管反内击容电压为47V。静电放电现象放电电流 I1ns100nsItESD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ESD产