EMC安规测试及应对方案.ppt

1、电力ONU测试总结,EMC安规测试及应对方案,李绍杰 2011-6,纲要,2,一、EMC的概念及测试标准,电磁兼容EMC（Electromagnetic compatibility) 国家标准GB/T4365-1995电磁兼容术语对电磁兼容所下的定义为“设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。”,3,电磁兼容的三要素,4,电视,收音机,耦合途径,220V,干扰源,敏感设备,干扰途径主要是传导和辐射及两者的综合,电磁兼容的设计方法,5,1系统设计法 2测试修改法,措施,成本,产品的生命周期,EMC设计是寻找折中原则,安全与电磁兼容的折中 成本与电磁兼

2、容的折中 产品上市时间与电磁兼容测试的折中 生产批量与电磁兼容设计方案的折中,6,EMC安规的种类,7,电源,其他： 机壳， 温度等级等,业务,交流电源,直流电源,232/485串口,网口,对象,浪涌冲击 耐压 电快速脉冲群 传导 辐射 静电 阻尼震荡 交直流电源暂降 高低温 ,EMC安规的标准,浪涌冲击GB/T 17626.4-2008 浪涌（冲击）抗扰度试验 耐压电科院标准 电快速脉冲群GB/T 17626.4-2008 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 传导GB/T 17626.6-2008 射频场感应的传导骚扰抗扰度试验 辐射GB/T 17626.3-2008 射频电磁场辐射抗扰度试验 静电

3、GB/T 17626.2-2006 静电放电抗扰度试验 阻尼震荡GB/T 17626.10-1998 阻尼振荡磁场抗扰度试验 交流电源暂降GB/T 17626.11-2008 电压暂降、短时中断和电压变化抗扰 度试验 直流电源暂降GB/T 17626.29-2006流电源输入端口电压暂降、短时中断 和电压变化的抗扰度试验 高低温GB/T 2423.1/2 电工电子产品环境试验 ,8,二、常用板级瞬态抑制器件介绍,瞬态抑制器件的类型和结构按不同的用途有所不同，但它至少包含一个非线性电压限制元件 我们常用的有气体放电管（GDT）、压敏电阻（MOV）、瞬态电压抑制器（TVS）等是电压限制元器件。 他

4、们的工作原理相似，但是他们之间的通流量、动作时间、级间电容、嵌位电压、残压等有很大的差别。 非线性：电压不随电流的变化而变化,9,压敏电阻的参数,压敏电压：通过的电流是DC 1mA时的两端电压，通 俗讲就是导通电压 选取原则：直流时，V1mA1.5*（直流工作电压） 交流时，比直流时扩大 2 倍 残压：压敏电阻在通过规定波形的大电流时其两端 出现的最高峰值电压。,10,压敏电阻的选取及应用,压敏电阻虽能吸收很大的浪涌电压能量，但是不能承受mA级以上的持续电流； 压敏电阻的极间电容较大，高频应用的场合不宜使用； 压敏电阻的漏电流较大，会随工作时间的延长和承受的浪涌冲击的次数而不断变大，所以使用时

5、要加保险丝加以保护； 压敏电阻的残余电压是其动作电压的2.53.5倍； 压敏电阻的安全问题： 在以往的应用中，跨接在交流电源线上的压敏电阻出现起火燃烧的问题，“欧共体” 发布文件禁止使用，起火燃烧的现象是由于老化失效和瞬态浪涌电压破坏的结果。,11,瞬态抑制二极管（TVS）,Tvs管是半导体硅材料制造的特殊二极管，它与电路并联使用，电路正常时TVS管处于关断状态呈现高阻抗，当有浪涌冲击电压时能以ns数量级的速度从高阻抗转变为低阻抗吸收浪涌功率，使浪涌电压通过其自身到地，从而保护电路不受侵害。,12,TVS管的选取, TVS额定反向关断电压Vrwm应大于或等于被保护 电路的最大工作电压。 最小击

6、穿电压VBR= Vrwm /KBR (其中， KBR=0.80.9)。 TVS的最大箝位电压VC应小于被保护电路的损坏 电压，即VC=KCVBR (其中，KC=1.3)。 在规定的脉冲持续时间内，TVS的最大峰值脉冲功耗PM必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。在确定了最大箝位电压后，其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。,13,气体放电管-GDT,气体放电管 是一种开关型保护器件，主要利用放电管两金属极板间的气体放电实现保护：当两极间电压足够大时，极间气体间隙将被击穿，由原来的高阻态转化为低组态，类似短路，这样就将能量释放到大地中去。导电状态下两极间维持的电压很低，一般在 20 50V ，

7、因此可以起到保护后级电路的效果。,14,气体放电管使用注意事项,要根据电路的“浪涌冲击脉冲电压”及“脉冲通流量”来选择“气体放电管” 1）由于GDT对雷电的响应是以1KV/us的速度而上升的，对于“瞬态浪涌”来讲“响应速度” 较慢，残余电压较高，为可靠起见需要采用二级浪涌防护电路；（在一级和二级之间加上 “退偶”电路） 2）在交流电源线路使用必须考虑避免电源短路的问题； 3）GDT的有效寿命较短，为保证可靠性要定期更换。 导通电压选取原则：1.5*工作电压,15,瞬态抑制器件选择注意事项,额定工作电压：设计时允许长期加在防护电路上，并 使保护器件不导通的电压 标称通电电压：在施加恒定1mA直流

8、电流情况下，保 护器件的启动电压 标称放点电流：防护电路额定转移过电流的能力，以 KA为单位，与测试波形有关； 冲击通流容量：防护电路所能承受过电流而不导致损 坏的最大电流 响应时间：防护电路对瞬态过电压起控制作用所需要 的时间 残压（限制电压）：防护电路对瞬态过电压的电压限制能力，是保护器件端子间呈现的电压，在末级保护里，残压必须低于被保护器件的耐压水平；,16,典型应用电路,17,粗略保护器，例如： 火花隙气体放电管，压敏电阻，适应于防雷等电位,退耦器 例如： 电阻 电感,精细保护器 例如: 抑制二极管 齐纳二极管 适用于： 设备防过压,在MOV将承受最大能量Emax之前，MOV的残压UR

9、ES和冲击电感的电压降LEDdi/dt 的总和必须超过火花间隙的动作电压UOV,三、电源EMC安规测试及整改,电源是EMC测试中一个最重要的环节，关于电源的测试项目也是最多的 我们在电力设备测试时遇到的主要的测试项目有浪涌，耐压，快速瞬变脉冲群，传导，阻尼震荡、 电源暂降等 重点是浪涌和耐压。,18,浪涌的测试方法,19,浪涌分共模和差模，共模就是线对地，差模就是线对线，我们一般要求共模4KV，差模2KV。,浪涌的测试方法,测试波形,20,开路电压波形1.2/50us,短路电流波形8/20us,2者选其一。他们之间是等价关系，信号发生器的内阻为2欧姆，所以，共模4kV和共模2KA是一个等级。,

10、耐压的测试方法,电科院的规范是这样描述的： 被测设备应能承受频率为50Hz，时间是1min的耐压试验 而无击穿、闪络及元器件损坏的现象。 试验电压选择 测试方法：,21,交流电源：将L和N接在一起为一级，另一极为gnd-earth，在这两级间加测试电压，漏电流小于10mA,直流电源：将正极和负极接在一起为一级，另一极为gnd-earth，在这两级间加测试电压，漏电流小于10mA,应对方案,单纯的交流防浪涌电路： 为什么是470呢？ 这个电路有什么缺点呢？,22,220*1.5*2470,耐压的防护方案,单纯的耐压只需要做好隔离就能过，主要是 gnd和gnd-earth之间的安全距离 L、N（交

11、流）/电源正负极（直流）与gnd-earth之间的安全距离 信号与gnd-earth之间的安全距离，尤其是对于非隔离电源方案 100mil=2000V的耐压隔离度,23,机壳与所有信号的安全距离,但是，我们要同时过耐压和浪涌,电力设备要求浪涌和耐压要同时满足，不能拆加器件 浪涌是“主通”的 耐压是“主隔”的,24,矛盾,如何调和？,分析,我们还是来看一下这个电路 目前的耐压是（470+470）/2 =594V,25,主要原因是气体放电管和压敏电阻的耐压不到2000V，使气体放电管提前导通了。,整改,26,只需要将压敏和气体放电管的耐压加起来超过2000就可以了 （470+1800+330+47

12、0）/2=21712000V.,OK,他山之石，可以攻玉,27,直流电源的耐压和防浪涌,28,两级防雷 退耦网络 兼顾防雷和耐压（470+600）/2=756500 考考你： 电感值改如何选取？,四、业务口的EMC安规测试及方案,我司产品的业务口需要做安规的主要有两种： 网口和串口 网口的主要指标是：防浪涌和耐压，快速瞬变脉冲 群，传导，静电等 串口的主要指标有：浪涌，耐压，ESD。,29,网口的防浪涌测试及方案,测试方法和电源的是一样的，不同的地方是电源是直接将冲击波形（10/700uS）加到电源线上，而网口需要增加一个耦合器，否则会打坏设备。,30,将4根信号线接在一起对地打，只做共模，不

13、做差模。,10/700S为通信线路中感应出的雷电压波形，表示从零值上升至峰为时间为10ms , 下降至峰值的一半为700S,网口防浪涌的应对方案,75欧姆电阻没有了 RJ45侧加了磁珠放置EMI 只需一个气体放电管和变压器的耐压能力就能过4KV的共模测试 如果需要做差模防护，就在信号之间加一个TVS管-SLVU2.8-4.T,31,POK,OK,网口的耐压,根据规范，网口需要过500V的耐压 测试方法：将4根信号线接在一起为一极，另一极为gnd-earth，在2极间加500V的50HZ交流点，1min，漏电流应小于10mA。 同样，我们需要浪涌和耐压一起过，有了电源的经验，网口我们就如法炮制,

14、32,网口的防雷和耐压应对方案,在防浪涌的基础上串加一个压敏电阻，保证压敏加上气体放电管的直流交流耐压大于500V即可。,33,业务串口的浪涌测试及方案（以485为例）,测试方法与网口的测试方法是一样的 应对方案,34,业务串口的浪涌测试及方案（以485为例）,器件的选型 G1/G2/G3:选择75V或者90V导通的，通流量根据测试等级来定，一般要大于测试等级需要的通流量一倍 RT1/RT2:可以选择10/1W的电阻或者PTC，PTC则可以采用10左右，100200mA，耐压250V以上的 TVS：根据芯片的工作电压与耐压决定，一般略高于芯片最高工作电压，可以6.8V-10V之间选择。 共模电

15、感和Y电容：用来滤除共模干扰的，根据工作的频率和干扰信号的频率来定，比如电容选330PF，共模电感选择2200/100M,300mA; 这样的两级防护可以过共模4KV和差模2KV。,35,五、其他EMC安规测试及应对方案,除了浪涌和耐压外，我们还需要测试其他的项目，主要包括： 电快速脉冲群，阻尼震荡波，绝缘电阻，冲击，传导骚扰度，传导抗扰度，静电，电源的暂降，辐射电磁场抗扰度，射频场感应的传导骚扰抗扰度，工频磁场抗扰度，无线电骚扰限制,36,电快速脉冲群,形成机理：电快速瞬变脉冲群是由电感性负载（如继电器、接触器等）在多次重复开关时，在断开处产生的暂态骚扰。这种暂态骚扰能量较小，一般不会引起设

16、备的损坏，但由于其频谱分布较宽，所以会对电子、电气设备的可靠工作产生影响。 实验对象：电源端口、信号和控制端口 试验要点：瞬变的短上升时间、重复率和低能量,37,电快速脉冲群,测试波形 试验等级：,38,试验等级,电快速脉冲群,测试布置,39,电快速脉冲群试验失败的原因,干扰脉冲的波形前沿非常陡峭，持续时间非常短暂，因此含有极其丰富的高频成分，这就导致在干扰波形的传输过程中，会有一部分干扰从传输的线缆中逸出，这样设备最终受到的是传导和辐射的复合干扰。 干扰波形直接影响到电源的直流输出，从而影响这个系统的供电,40,电快速脉冲群的整改措施,电源口： 在电源线入口处安装电源线滤波器，阻止干扰进入设

17、备。只要有X电容，Y电容，共模电感或者作何滤波器等 信号口： a）信号电缆屏蔽：使用屏蔽电缆，并使电缆的 屏蔽层与设备的机壳相连； b）信号电缆上安装共模扼流圈； c）信号电缆上安装共模滤波电容； d）对敏感电路局部屏蔽.,41,步步为营，各个击破,静电（ESD）的测试,应对方案： 最主要的就是端口要与机壳接触良好（铁壳），给静电一个最短的协防路径 芯片选型和电路设计要考虑防静电 PCB设计时要将接口底下铺gnd-earth，并且靠近定位孔,42,冲击,冲击和浪涌的测试方法和波形是一样的 不同点是： 1）冲击是在不上电的情况下做的，只有共模 2）额定电压大于60V的回路，应能承受1.2/50u

18、s，5KV的开路电压波形的短时冲击 3）信号口（额定电压小于60V的回路），应能承受1.2/50us，1KV的开路电压波形的短时冲击,43,一般情况下浪涌试验能通过，冲击试验也能通过。 安全距离是影响冲击性能的一个重要因素,阻尼震荡波的测试及应对方案,产生的原因：变电站中高压绝缘体刀闸的合、分操作将引起陡坡瞬态，其时间量级为几十ns。 波形： 等级,44,从我们的测试经验来看：防浪涌电路就可以解决阻尼震荡波的问题。,其他EMC及安规的测试,绝缘电阻：与耐压的测试方法是一样的，应对方 案也一样 电源的暂降、暂时中断：主要跟电源的储能电容的而大小有关 辐射电磁场抗扰度 射频场感应的传导骚扰抗扰度 工频磁场抗扰度 无线电骚扰限制,45,与机壳的屏蔽效果以及设计中的滤波能力有关,典型应用电路的滤波技术,时钟电路的滤波 总线信号的滤波 开关电源电路的滤波 关键信号的电源去耦设计 典型接口电路的滤波,46,时钟电路