瞬态传导抗扰度测试常见问题对策及整改措施.pdf

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接的点应在电缆入口处。:..一个正确设计的电缆保护系统可能是提高系统ESD非易感性的关键。作为大多数系统中的最大的“天线”—I/O电缆特别易于被ESD干扰感应出大的电压或电流。从另一方面,如果电缆屏蔽同机壳地连接的话,电缆也对ESD干扰提供低阻抗通道。通过该通道ESD干扰能量可从系统接地回路中释放,因而可间接地避免传导耦合。为减少ESD干扰辐射耦合到电缆,线长和回路面积要减小,应抑制共模耦合并且使用金属屏蔽。对于输入/输出电缆可采用使用屏蔽电缆、共模扼流圈、过压箝位电路及电缆旁路滤波器措施。在电缆的两端,电缆屏蔽必须与壳体屏蔽连接。在互联电缆上安装一个共模扼流圈可以使静电放电造成的共模电压降在扼流圈上,而不是另一端的电路上。两个机箱之间用屏蔽电缆连接时,通过电缆的屏蔽层将两个机箱连接在一起,这样可以使两个机箱之间的电位差尽量小。这里,机箱与电缆屏蔽层之间的搭接方式很重要。强烈建议在电缆两端的机箱与电缆屏蔽层之间360°搭接。:键盘和控制面板的设计必须保证放电电流能够直接流到地,而不会经过敏感电路。对于绝缘键盘,在键与电路之间要安装一个放电防护器(如金属支架),为放电电流提供一条放电路径。放电防护器要直接连接到机箱或机架上,而不能连接到电路地上。当然,用较大的旋钮(增加操作者到内部线路的距离)能够直接防止静电放电。键盘和控制面板的设计应能使放电电流不经过敏感电路而直接到地。采用绝缘轴和大旋钮可以防止向控制键或电位器放电。现在,较多的电子产品面板采用薄膜按键和薄膜显示窗,由于该薄膜由耐高压的绝缘材料构成,可有效防止ESD通过按键和显示窗进入内部电路形成干扰。另外,现在大多数键盘的按键内部均有由耐高压的绝缘薄膜构成的衬垫,可有效防止ESD的干扰。:设备中不用的输入端不允许处于不连接或悬浮状态,而应当直接或通过适当电阻与地线或电源端相连通。一般来说,与外部设备连接的接口电路都需要加保护电路:其中也包括电源线,这一点往往被硬件设计所忽视。以微机为例来讲,应该考虑安排保护电路的环节有:串行通信接口、并行通信接口、键盘接口、显示接口等。滤波器必须用在电路中以阻止ESD形成的EMI耦合到设备。如果输入为高阻抗,一个分流电容滤波器最有效,因为它的低阻抗将有效地旁路高的输入阻抗,分流电容越接近输入端越好。如果输入阻抗低,使用一系列铁氧体可以提供最好的滤波器,这些铁氧体也应尽可能接近输入端。在内部电路上加强防护措施::..可以在接口处串接电阻或并联二极管至正负电源端。MOS管的输入端串接电阻,输出端串接1kΩ电阻,以限制放电电流量。TTL管输人端串接22~100Ω电阻,输出端串接22~47Ω电阻。模拟管输入端串接100Ω~100kΩ,并且加并联二极管,分流放电电流至电源正或负极,模拟管输出端串接100Ω的电阻。在I/O信号线上安装一个对地的电容能够将接口电缆上感应的静电放电电流分流到机箱,避免流到电路上。但这个电容也会将机壳上的电流分流到信号线上。为了避免这种情况的发生,可以在旁路电容与线路板之间安装一只铁氧体磁珠,增加流向线路板的路径的阻抗。需要注意的是,电容的耐压一定要满足要求。静电放电的电压可以高达数千伏。用一个瞬态防护二极管也能够对静电放电起到有效的保护。但需要注意,用二极管虽然将瞬态干扰的电压限制住了,但高频干扰成分并没有减少,该电路中一般应有与瞬态防护二极管并联的高频旁路电容抑制高频干扰。在电路设计及电路板布线方面:应采用门电路和选通脉冲。这种输入方式只有在静电放电和选通同时发生时才能造成损坏。而脉冲边沿触发输入方式对静电放电引起的瞬变很敏感,不宜采用。:良好的PCB设计可以有效地减少ESD干扰对产品造成的影响。这也是电磁兼容设计中ESD设计部分的一个重要的内容。大家可以从那部分课程中得到详细的指引。对一个成品进行电磁兼容对策时,很难再对PCB进行重新设计(改进成本太高),此处不再加以介绍。:除了硬件措施外,软件抑制方案也是减少系统锁定等严重失常的有力方法。软件ESD抑制措施分为两种常用的类别:刷新、检查并且恢复。刷新涉及到周期性地复位到休止状态,并且刷新显示器和指示器状态。只需进行一次刷新然后假设状态是正确的,其它的事就不用做了。检查/恢复过程用于决定程序是否正确执行。它们在一定间隔时间被激活,以确认程序是否在完成某个功能。如果这些功能没有实现,一个恢复程序被激活。:(1)在易感CMOS、MOS器件中加入保护二极管;(2)在易感传输线上(地线在内)串几十欧姆的电阻或铁氧体磁珠;(3)使用静电保护表面涂敷技术,使ESD难以机芯放电,经证明十分有效;(4)尽量使用屏蔽电缆;(5)在易感接口处安装滤波器;并将无法安装滤波器的敏感接口加以隔离;(6)选择低脉冲频率的逻辑电路;(7)外壳屏蔽加良好的接地。::..(如继电器、接触器等)在断开时,由于开关触点间隙的绝缘击穿或触点弹跳等原因,在断开处产生的暂态骚扰。当电感性负载多次重复开关,则脉冲群又会以相应的时间间隙多次重复出现。这种暂态骚扰能量较小,一般不会引起设备的损坏,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。一般认为电快速瞬变脉冲群之所以会造成设备的误动作。因为脉冲群对线路中半导体结电容充电,当结电容上的能量累积到一定程度,便会引起线路乃至设备的误动作。、电气产品标准对电快速瞬变脉冲群抗扰度试验的要求是不同的。这些标准关于电快速瞬变脉冲群抗扰度试验大多都直接或间接引用GB/-1998(idtIEC61000-4-4:1995):《电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》这一国家电磁兼容基础标准,并按其中的试验方法进行试验。下面就简要介绍一下该标准的内容、试验方法及相关要求。:适用于在住宅区和商业区/工业区使用的在运行条件下的电子、电气设备的电快速瞬变脉冲群的抗扰性能测试。:对电气和电子设备的供电电源端口、信号和控制端口在受到重复性快速瞬变脉冲群干扰时的性能进行评定。:重复快速瞬变试验是一种将由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群耦合到电气和电子设备的电源端口、信号和控制端口的试验。试验脉冲的特点是:瞬变的短上升时间、重复出现和低能量。电快速速变脉冲群试验的目的就是为了检验电子、电气设备在遭受这类暂态骚扰影响时的性能。:单个脉冲波形、脉冲的重复频率和输出电压峰值。GB/,15所示。图14:快速瞬变脉冲群概略图图15:。对I/O信号、数据和控制端口选择快速瞬变脉冲群测试专用的容性耦合夹来施加快速瞬变脉冲群干扰信号。:表2:试验等级等级供电电源端口、保护接地I/O、:..:X是一个开放等级。开路输出试验电压精度±10%;和脉冲的重复频率精度±20%试验等级应根据下列情况来选择:----电磁环境;----骚扰源与关心的设备的邻近情况;----兼容性裕度。对具体的产品来说,试验等级选择往往已在相应的产品或产品族标准中加以规定。:环境温度:15℃~35℃、相对湿度:25%~75%RH、大气压力:86kPa~,图16所示为用于实验室型式试验的一般试验配置示意图。L=耦合夹与EUT之间的距离,不应大于1m;(A)=电源线耦合位置;(B)=信号线耦合位置图16:、信号和其他功能电量应在其额定的范围内使用,并处于正常的工作状态。根据要进行试验的EUT的端口类型选择相应的试验等级和耦合方式。使受试设备处于典型工作条件下,根据受试设备端口及其组合,依次对各端口施加试验电压。每种组合应针对不同脉冲极性进行测试,每种状态的试验持续时间不少于1min。不同的产品或产品族标准对试验的实施可能根据产品的特点有特定的规定。,可能产生如下后果:造成设备的误动作。。只是电快速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。另外,由于试验脉冲是持续一段时间的脉冲串,因此它对电路的干扰有一个累积效应。大多数电路为了抗瞬态干扰,在输入端安装了积分电路,这种电路对单个脉冲具有很好的抑制作用,但是对于一串脉冲则不能有效地抑制。电快速脉冲对设备影响的原因有三种,包括:a)通过电源线直接传导进设备的电源,导致电路的电源线上有过大的噪声电压。当单独对火线或零线注入时,尽管是采取的对地的共模方式注入,但在火线和零线之间存在着差模干扰,这种差模电压会出现在电源的直流输出端。当同时对火线和零线注入时,存在着共模干扰,但对电源的输出影响并不大。b)干扰能量在电源线上传导的过程中,向空间辐射,这些辐射能量感应到邻近的信号电缆上,对信号电缆连接的电路形成干扰。c)干扰脉冲信号直接通过信号电缆进入设备电路或在电缆(包括信号电缆和电源电缆)上传输时产生的二次辐射能量感应进电路,对电路形成干扰。:..针对脉冲群干扰,主要采用滤波(电源线和信号线的滤波)及吸收(用铁氧体磁芯来吸收)。采用铁氧体磁芯吸收的方案非常便宜也非常有效。但要注意做试验时铁氧体磁芯的摆放位置,就是今后要使用铁氧体磁芯的位置,千万不要随意更改。因为脉冲群干扰不仅仅是一个传导干扰,更麻烦的是它还含有辐射的成分,不同的安装位置,辐射干扰的逸出情况各不相同,难以捉摸。一般将铁氧体磁芯用在干扰的源头和设备的入口处最为有效。下面根据端口的不同分别进行探讨。,阻止干扰进入设备。快速脉冲通过电源线注入时,可以是差模方式注入,也可以是共模方式注入。对差模方式注入的一般可以通过差模电容(X电容)和电感滤波器加以吸收。若注入到电源线上的电压是共模电压,滤波器必须能对这种共模电压起到抑制作用才能使受试设备顺利通过试验。下面是用滤波器抑制电源线上的电快速脉冲的方法。a)设备的机箱是金属的:这种情况是最容易的。因为机箱是金属的,它与地线面之间有较大的杂散电容,能够为共模电流提供比较固定的通路。这时,只要在电源线的入口处安装一只含有共模滤波电容的电源线滤波器,共模滤波电容就能将干扰旁路掉,使其回到干扰源。由于电源线滤波器中的共模滤波电容受到漏电流的限制,容量较小,因此对于干扰中较低的频率成分主要依靠共模电感抑制。另外,由于设备与地线面之间的接地线具有较大的电感,对于高频干扰成分阻抗较大,因此设备接地与否对试验的结果一般没有什么影响。除了选择高频性能良好的滤波器以外,在安装滤波器时,注意滤波器应靠近金属机箱上的电源入口处,防止电源线二次辐射造成的干扰。b)设备机箱是非金属的如果设备的机箱是非金属的,必须在机箱底部加一块金属板,供滤波器中的共模滤波电容接地。这时的共模干扰电流通路通过金属板与地线面之间的杂散电容形成通路。如果设备的尺寸较小,意味着金属板尺寸也较小,这时金属板与地线面之间的电容量较小,不能起到较好的旁路作用。在这种情况下,主要靠电感发挥作用。此时,需要采用各种措施提高电感高频特性,必要时可用多个电感串联。,由于是采用容性耦合夹注入,属共模注入方式。a)信号电缆屏蔽:从试验方法可知,干扰脉冲耦合进信号电缆的方式为电容性耦合。消除电容性耦合的方法是将电缆屏蔽起来,并且接地。因此,用电缆屏蔽的方法解决电快速脉冲干扰的条件是电缆屏蔽层能够与试验中的参考地线:..如果设备的外壳是金属的并是接地的设备,这个条件容易满足。当设备的外壳是金属的,但是不接地时,屏蔽电缆只能对电快速脉冲中的高频成分起到抑制作用,这是通过金属机壳与地之间的杂散电容来接地的。如果机箱是非金属机箱,则电缆屏蔽的方法就没有什么效果。b)信号电缆上安装共模扼流圈:共模扼流圈实际是一种低通滤波器,只有当电感量足够大时,才能对电快速脉冲群有效果。但是当扼流圈的电感量较大时(往往匝数较多),杂散电容也较大,扼流圈的高频抑制效果降低。而电快速脉冲波形中包含了大量的高频成分。因此,在实际使用时,需要注意调整扼流圈的匝数。必要时用两个不同匝数扼流圈串联起来,兼顾高频和低频的要求。c)信号电缆上安装共模滤波电容:这种滤波方法比扼流圈具有更好的效果,但是需要金属机箱作为滤波电容的地。另外,这种方法会对差模信号有一定的衰减,在使用时需要注意。d)对敏感电路局部屏蔽:当设备的机箱为非金属机箱,或者电缆的屏蔽和滤波措施不易实施时,干扰会直接耦合进电路。这时只能对敏感电路进行局部屏蔽。屏蔽体应该是一个完整的六面体。。:a)主电源系统切换骚扰,例如电容器组的切换;b)配电系统内在仪器附近的轻微开关动作或者负荷变化;c)与开关装置有关的谐振电路,如晶闸管;d)各种系统故障,例如对设备组接地系统的短路和电弧故障。(冲击)电压的主要原理如下:a)直接雷击于外部电路(户外),注入的大电流流过接地电阻或外部电路阻抗而产生电压;b)在建筑物内、外导体上产生感应电压和电流的间接雷击(即云层之间或云层中的雷击或击于附近物体的雷击,这种雷击产生的磁场);c)附近直接对地放电地雷电入地电流耦合到设备组接地系统的公共接地路径。当保护装置动作时,电压和电流可能发生迅速变化,并可能耦合到内部电路。、电气产品标准对浪涌(冲击)抗扰度试验的要求是不同的。但这些标准关于浪涌(冲击)抗扰度试验大多都直接或间接引用GB/-1999(idtIEC61000-4-5:1995):《电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验》:..下面就简要介绍一下该标准的内容、试验方法及相关要求。:适用于电气和电子设备在规定的工作状态下工作时,对由开关或雷电作用所产生的有一定危害电平的浪涌(冲击)电