2022年医学专题-电磁兼容瞬态脉冲干扰的抑制

瞬态干扰(gānrǎo)对设备的威胁电快速(kuàisù)脉冲浪涌静电(jìngdiàn)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杨继深2002年8月第一页，共三十页。感性(gǎnxìng)负载断开时产生的干扰20－200VdctVLI0VdcVLt电源回路(huílù)中的电流（电压）C对应(duìyìng)的EMC实验：EFT特点：脉冲串杨继深2002年8月第二页，共三十页。两种触点击穿(jīchuān)导通机理气隙上的电压(diànyā)击穿(jīchuān)电压维持电压320V0.08mm接触点距离阳极(+)阴极(－)电子流辉光放电气体电离弧光放电金属气化杨继深2002年8月第三页，共三十页。浪涌产生(chǎnshēng)的原因一般(yībān)小于75kA最大可达300kAI导体周围(zhōuwéi)产生强磁场对应EMC实验：浪涌特点：能量大杨继深2002年8月第四页，共三十页。静电(jìngdiàn)放电现象＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋放电(fàngdiàn)电流I1ns100nsIt对应(duìyìng)EMC实验：ESD特点：频率范围宽杨继深2002年8月第五页，共三十页。瞬态干扰(gānrǎo)的频谱A0.5A2A1/1/tr时间(shíjiān)频率(pínlǜ)瞬态类型tr1/1/trA2AEFT5ns50ns6.4MHz64MHz4kV0.4V/MHzESD1ns30ns10MHz320MHz30A1.8A/MHz浪涌1.2s50s6.3kHz265kHz4kV0.4V/MHz杨继深2002年8月第六页，共三十页。消除感性负载(fùzài)干扰RRCLLLRL杨继深2002年8月第七页，共三十页。阻尼电路(diànlù)参数确定R:越大，开关闭合时限(shíxiàn)流作用越好越小，开关(kāiguān)断开时反充电压越小V/Ia<R<RL折衷C:由于没有弧光，L中的能量全部进入C，VC=I(L/C)1/2为了防止发生辉光，VC<300VC>(I/300)2L为了防止发生弧光，电容充电速率要小于1V/s，C>10-6I杨继深2002年8月第八页，共三十页。过零开关(kāiguān)消除干扰电感(diànɡǎn)电流取样VDC继电器+-电压(diànyā)比较器杨继深2002年8月第九页，共三十页。瞬态干扰(gānrǎo)抑制原理分压法：正温度(wēndù)系数电阻电阻电感电容分流(fēnliú)法：负温度系数电阻（压敏电阻）瞬态抑制二极管气体放电管低通滤波器：截止频率小于1/杨继深2002年8月第十页，共三十页。低通滤波器对瞬态干扰(gānrǎo)的作用fILf+fCOfCOAf输入脉冲频谱滤波器特性(tèxìng)输出(shūchū)脉冲频谱2A2A杨继深2002年8月第十一页，共三十页。Fco>1/VOUT=VP(f)f1=2VIN

/=2VIN

/输出(shūchū)脉冲的幅度略有降低fcoVINVOUT杨继深2002年8月第十二页，共三十页。Fco<1/Parseval定律(dìnglǜ)：时域中的能量等于频域中的能量：00V2(f)df=V2(t)dtfco00(2VIN)2df=V2OUTdtout=1/fco(2VIN)2fco=V2OUT/fcoV/VOUT=2fcofcoout杨继深2002年8月第十三页，共三十页。低通滤波器对瞬态干扰(gānrǎo)的抑制VOUT/VIN-10-20-30-40

fCO1/20.10.010.0010杨继深2002年8月第十四页，共三十页。瞬态干扰抑制(yìzhì)器件浪涌电压(diànyā)压敏电阻瞬态抑制(yìzhì)二极管气体放电管2205001000钳位不紧电流容量不大有跟随电流杨继深2002年8月第十五页，共三十页。气体(qìtǐ)放电管的跟随电流跟随(ɡēnsuí)电流寄生电容小电流(diànliú)容量大不可用在直流的场合！杨继深2002年8月第十六页，共三十页。放电管与压敏电阻组合(zǔhé)优点：没有(méiyǒu)跟随电流没有漏电流钳位电压低用低通滤波器消除(xiāochú)杨继深2002年8月第十七页，共三十页。作用(zuòyòng)在开关电源上的浪涌开关电源等效电路6kV,3kA1.250s浪涌波形(bōxínɡ)020406080100s0426kV0321kA浪涌电压(diànyā)电源上电压流进电源的电流杨继深2002年8月第十八页，共三十页。浪涌抑制器件(qìjiàn)的保护作用开关电源等效电路6kV,3kA1.250s浪涌波形(bōxínɡ)020406080100s0426kV0321kA浪涌电压(diànyā)抑制后的电压流进电源的电流流进抑制器的电流大部分电流流进了电源杨继深2002年8月第十九页，共三十页。TVS增容问题(wèntí)RR

1MR=V/IpeakV=两管钳位差Ipeak=TVS的峰值(fēnɡzhí)电流1M不行(bùxíng)可以最好杨继深2002年8月第二十页，共三十页。多级浪涌抑制(yìzhì)电路V1、V2=额定工作电压I2=第二级额定峰值电流V2

V0+电压(diànyā)偏差2V1V2+电压偏差1+电压偏差2V=V1MAX-V2MIN

ZV/I2P

V1

V2

V0MAX

浪涌一级二级VV2

V1

V0

ZVI2P

杨继深2002年8月第二十一页，共三十页。地线反弹(fǎndàn)与对策设施地设备参考地VGVZ+

VGVZ若电流为5kA，地线阻抗(zǔkàng)为0.5，则反弹电压达到2500V!杨继深2002年8月第二十二页，共三十页。静电放电(fàngdiàn)现象＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋放电(fàngdiàn)电流I1ns100nsIt杨继深2002年8月第二十三页，共三十页。ESD对电路(diànlù)工作影响的机理不良(bùliáng)搭接孔缝电流(diànliú)找阻抗最小路径静电放电产生的电磁场杨继深2002年8月第二十四页，共三十页。ESD产生(chǎnshēng)的电磁场

510151234电场(diànchǎng)

kV/m磁场(cíchǎng)

A/m51015时间ns10cm20cm50cm杨继深2002年8月第二十五页，共三十页。静电(jìngdiàn)试验的方法静电(jìngdiàn)放电试验直接放电(fàngdiàn)试验感应非接触放电接触放电在附近放电产生感应场Ipeak

tr3060t(ns)I1I290%杨继深2002年8月第二十六页，共三十页。ESD常见问题与改进(gǎijìn)

ESDVESDESDVESD屏蔽(píngbì)层杨继深2002年8月第二十七页，共三十页。ESD常见问题与改进(gǎijìn)ESD1I1ESD2I2二次放电(fàngdiàn)ESD1I1ESD2铁氧体磁珠杨继深2002年8月第二十八页，共三十页。电缆(diànlǎn)上的ESD防护电缆(diànlǎn)/机箱搭接VN正确(zhèngquè)错误杨继深2002年8月第二十九页，共三十页。内容(nèiróng)总结瞬态干扰对设备的威胁。杨