電快速瞬變脈沖群形成的機理及其對電子產(chǎn)品的影響
電快速瞬變脈沖群是由電感性負載（如繼電器、接觸器等）在斷開(kāi)時(shí)，由于開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)間隙的絕緣擊穿或觸點(diǎn)彈跳等原因，在斷開(kāi)處產(chǎn)生的暫態(tài)騷擾。當電感性負載多次重復開(kāi)關(guān)，則脈沖群又會(huì )以相應的時(shí)間間隙多次重復出現。這種暫態(tài)騷擾能量較小，一般不會(huì )引起設備的損壞，但由于其頻譜分布較寬，所以會(huì )對電子、電氣設備的可靠工作產(chǎn)生影響。一般認為電快速瞬變脈沖群之所以會(huì )造成設備的誤動(dòng)作，是因為脈沖群對線(xiàn)路中半導體結電容充電，當結電容上的能量累積到一定程度，便會(huì )引起線(xiàn)路乃至設備的誤動(dòng)作。
電快速瞬變脈沖群測試及相關(guān)要求
不同的電子、 電氣產(chǎn)品標準對電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗的要求是不同的，但這些標準關(guān)于電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗大多都直接或間接引用GB/T17626.4-1998 （idt IEC 61000-4-4:1995）：《電磁兼容試驗和測量技術(shù)電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗》這一國家電磁兼容基礎標準，并按其中的試驗方法進(jìn)行試驗。下面就簡(jiǎn)要介紹一下該標準的內容、試驗方法及相關(guān)要求。
電快速瞬變脈沖群試驗對象：
適用于在住宅區和商業(yè)區/工業(yè)區使用的在運行條件下的電子、電氣設備的電快速瞬變脈沖群的抗擾性能測試。
電快速瞬變脈沖群試驗內容：
對電氣和電子設備的供電電源端口、信號和控制端口在受到重復性快速瞬變脈沖群干擾時(shí)的性能進(jìn)行評定。
電快速瞬變脈沖群試驗目的：
重復快速瞬變試驗是一種將由許多快速瞬變脈沖組成的脈沖群耦合到電氣和電子設備的電源端口、信號和控制端口的試驗。試驗的要點(diǎn)是瞬變的短上升時(shí)間、重復率和低能量。電快速速變脈沖群試驗的目的就是為了檢驗電子、電氣設備在遭受這類(lèi)暫態(tài)騷擾影響時(shí)的性能。
電快速瞬變脈沖群試驗發(fā)生器
試驗發(fā)生器性能的主要指標有三個(gè)：?jiǎn)蝹€(gè)脈沖波形、脈沖的重復頻率和輸出電壓峰值。GB/T 17626.4 要求試驗發(fā)生器輸出波形應如圖所示。
電快速瞬變脈沖群概略圖
接50負載時(shí)單個(gè)脈沖的波形
電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗方法
對交 /直流電源端子的選擇耦合/去耦網(wǎng)絡(luò )來(lái)施加快速瞬變脈沖群干擾信號。對 I/O信號、數據和控制端口選擇快速瞬變脈沖群測試專(zhuān)用的容性耦合夾來(lái)施加快速瞬變脈沖群干擾信號。
電快速瞬變脈沖群抗擾度等級及其選擇：
試驗等級應根據下列情況來(lái)選擇：
----電磁環(huán)境； ---- 騷擾源與關(guān)心的設備的鄰近情況；---- 兼容性裕度
對具體的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，試驗等級選擇往往已在相應的產(chǎn)品或產(chǎn)品族標準中加以規定。
電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗標準試驗等級
電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗環(huán)境該標準規定的環(huán)境條件：
環(huán)境溫度： 15℃~35℃、相對濕度： 25%~75%RH、大氣壓力： 86kPa~106kPa 4.3.2.8 試驗布置標準對試驗布置也做出了詳細的規定，下圖為用于實(shí)驗室型式試驗的一般試驗配置示意圖。
用于實(shí)驗室型式試驗的一般試驗配置
L=耦合夾與 EUT之間的距離，不應大于1m；（A）=電源線(xiàn)耦合位置； （B）=信號線(xiàn)耦合位置
電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗實(shí)施電源、信號和其他功能電量應在其額定的范圍內使用，并處于正常的工作狀態(tài)。根據要進(jìn)行試驗的EUT的端口類(lèi)型選擇相應的試驗等級和耦合方式。使受試設備處于典型工作條件下，根據受試設備端口及其組合，依次對各端口施加試驗電壓。每種組合應針對不同脈沖極性進(jìn)行測試，每種狀態(tài)的試驗持續時(shí)間不少于1min。不同的產(chǎn)品或產(chǎn)品族標準對試驗的實(shí)施可能根據產(chǎn)品的特點(diǎn)有特定的規定。
電快速瞬變脈沖群抗擾度測試試驗結果若電快速速變脈沖群測試通不過(guò)，可能產(chǎn)生如下后果：造成設備的誤動(dòng)作。
導致電快速脈沖試驗失敗的原因從脈沖群試驗主要是進(jìn)行電源線(xiàn)和信號/控制線(xiàn)的傳導差 /共模干擾試驗，只是干擾脈沖的波形前沿非常陡峭，持續時(shí)間非常短暫，因此含有極其豐富的高頻成分，這就導致在干擾波形的傳輸過(guò)程中，會(huì )有一部分干擾從傳輸的線(xiàn)纜中逸出，這樣設備最終受到的是傳導和輻射的復合干擾。電快速脈沖試驗波形的上升沿很陡，包含了很豐富的高頻成分。另外，由于試驗脈沖是持續一段時(shí)間的脈沖串， 因此它對電路的干擾有一個(gè)累積效應，大多數電路為了抗瞬態(tài)干擾，在輸入端安裝了積分電路，這種電路對單個(gè)脈沖具有很好的抑制作用，但是對于一串脈沖則不能有效地抑制。
電快速脈沖對設備影響的原因有三種，包括：a）通過(guò)電源線(xiàn)直接傳導進(jìn)設備的電源，導致電路的電源線(xiàn)上有過(guò)大的噪聲電壓。當單獨對火線(xiàn)或零線(xiàn)注入時(shí)， 在火線(xiàn)和零線(xiàn)之間存在著(zhù)差模干擾，這種差模電壓會(huì )出現在電源的直流輸出端。當同時(shí)對火線(xiàn)和零線(xiàn)注入時(shí)，僅存在著(zhù)共模電壓，由于大部分電源的輸入都是平衡的（無(wú)論是變壓器輸入，還是
整流橋輸入)，因此實(shí)際共模干擾轉變成差模電壓的成分很少，對電源的輸出影響并不大。
b）干擾能量在電流線(xiàn)上傳導的過(guò)程中，向空間輻射，這些輻射能量感應到鄰近的信號電纜上，對信號電纜連接的電路形成干擾（如果發(fā)生這種情況， 往往會(huì )在直接向信號電纜注入試驗脈沖時(shí)，導致試驗失?。?。
c）干擾脈沖信號在電纜（包括信號電纜和電源電纜）上傳輸時(shí)產(chǎn)生的二次輻射能量感應進(jìn)電路，對電路形成干擾。
通過(guò)電快速脈沖試驗的整改措施針對脈沖群干擾，主要采用濾波（電源線(xiàn)和信號線(xiàn)的濾波）及吸收（用鐵氧體磁芯來(lái)吸收）。采用鐵氧體磁芯吸收的方案非常便宜也非常有效，但要注意做試驗時(shí)鐵氧體磁芯的擺放位置，就是今后要使用鐵氧體磁芯的位置，千萬(wàn)不要隨意更改， 因為脈沖群干擾不僅僅是一個(gè)傳導干擾，更麻煩的是它還含有輻射的成分，不同的安裝位置，輻射干擾的逸出情況各不相同，難以捉摸。一般將鐵氧體磁芯用在干擾的源頭和設備的入口處有效。下面根據端口的不同分別進(jìn)行探討。
針對電源線(xiàn)試驗的措施解決電源線(xiàn)干擾問(wèn)題的主要方法是在電源線(xiàn)入口處安裝電源線(xiàn)濾波器，阻止干擾進(jìn)入設備?？焖倜}沖通過(guò)電源線(xiàn)注入時(shí)，可以是差模方式注入，也可以是共模方式注入。對差模方式注入的一般可以通過(guò)差模電容（X 電容）和電感濾波器加以吸收。若注入到電源線(xiàn)上的電壓是共模電壓，濾波器必須能對這種共模電壓起到抑制作用才能使受試設備順利通過(guò)試驗。
下面是用濾波器抑制電源線(xiàn)上的電快速脈沖的方法。
a）設備的機箱是金屬的：
這種情況是最容易的。因為機箱是金屬的，它與地線(xiàn)面之間有較大的雜散電容，能夠為共模電流提供比較固定的通路。這時(shí)，只要在電源線(xiàn)的入口處安裝一只含有共模濾波電容的電源線(xiàn)濾波器，共模濾波電容就能將干擾旁路掉，使其回到干擾源。由于電源線(xiàn)濾波器中的共模濾波電容受到漏電流的限制，容量較小，因此對于干擾中較低的頻率成分主要依靠共模電感抑制。另外，由于設備與地線(xiàn)面之間的接地線(xiàn)具有較大的電感，對于高頻干擾成分阻抗較大，因此設備接地與否對試驗的結果一般沒(méi)有什么影響。除了選擇高頻性能良好的濾波器以外，在安裝濾波器時(shí)，注意濾波器應靠近金屬機箱上的電源入口處，防止電源線(xiàn)二次輻射造成的干擾。
b）設備機箱是非金屬的如果設備的機箱是非金屬的，必須在機箱底部加一塊金屬板，供濾波器中的共模濾波電容接地。這時(shí)的共模干擾電流通路通過(guò)金屬板與地線(xiàn)面之間的雜散電容形成通路。如果設備的尺寸較小， 意味著(zhù)金屬板尺寸也較小，這時(shí)金屬板與地線(xiàn)面之間的電容量較小，不能起到較好的旁路作用。在這種情況下，主要靠電感發(fā)揮作用。此時(shí)，需要采用各種措施提高電感高頻特性，必要時(shí)可用多個(gè)電感串聯(lián)。
針對信號線(xiàn)試驗應采取的措施快速脈沖通過(guò)信號 /控制線(xiàn)注入時(shí)，由于是采用容性耦合夾注入，屬共模注入方式。
a）信號電纜屏蔽：
從試驗方法可知， 干擾脈沖耦合進(jìn)信號電纜的方式為電容性耦合。消除電容性耦合的方法是將電纜屏蔽起來(lái)， 并且接地。 因此， 用電纜屏蔽的方法解決電快速脈沖干擾的條件是電纜屏蔽層能夠與試驗中的參考地線(xiàn)面可靠連接。如果設備的外殼是金屬的并是接地的設備，這個(gè)條件容易滿(mǎn)足。 當設備的外殼是金屬的， 但是不接地時(shí)， 屏蔽電纜只能對電快速脈沖中的高頻成分起到抑制作用，這是通過(guò)金屬機殼與地之間的雜散電容來(lái)接地的。如果機箱是非金屬機箱，則電纜屏蔽的方法就沒(méi)有什么效果。
b）信號電纜上安裝共模扼流圈：
共模扼流圈實(shí)際是一種低通濾波器，只有當電感量足夠大時(shí)，才能對電快速脈沖群有效果。但是當扼流圈的電感量較大時(shí)（往往匝數較多），雜散電容也較大，扼流圈的高頻抑制效果降低。而電快速脈沖波形中包含了大量的高頻成分。因此，在實(shí)際使用時(shí)，需要注意調整扼流圈的匝數，必要時(shí)用兩個(gè)不 同匝數扼流圈串聯(lián)起來(lái)，兼顧高頻和低頻的要求。
c）信號電纜上安裝共模濾波電容。這種濾波方法比扼流圈具有更好的效果，但是需要金屬機箱作為濾波電容的地。另外，這種方法會(huì )對差模信號有一定的衰減，在使用時(shí)需要注意。
d）對敏感電路局部屏蔽。當設備的機箱為非金屬機箱，或者電纜的屏蔽和濾波措施不易實(shí)施時(shí)，干擾會(huì )直接耦合進(jìn)電路。這時(shí)只能對敏感電路進(jìn)行局部屏蔽。屏蔽體應該是一個(gè)完整的六面體。
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