如何順利通過電磁兼容試驗

　　1．概述

　　1.1 什么時候需要電磁兼容整改及對策

　　對一個電子、電氣產(chǎn)品來說，在設(shè)計階段就應(yīng)該考慮其電磁兼容性，這樣可以將產(chǎn)品在生產(chǎn)階段出現(xiàn)電磁兼容問題的可能性減少到一個較低的程度。但其是否滿足要求，最終要通過電磁兼容測試檢驗其電磁兼容標準的符合性。

　　由于電磁兼容的復(fù)雜性，即使對一個電磁兼容設(shè)計問題考慮得比較周全得產(chǎn)品，在設(shè)計制造過程中，難免出現(xiàn)一些電磁干擾的因素，造成最終電磁兼容測試不合格。在電磁兼容測試中，這種情況還是比較常見的。

　　當(dāng)然，對產(chǎn)品定型前的電磁兼容測試不合格的問題，我們完全可以遵循正常的電磁兼容設(shè)計思路，按照電磁兼容設(shè)計規(guī)范法和系統(tǒng)法，針對產(chǎn)品存在的電磁兼容問題重新進行設(shè)計。從源頭上解決存在的電磁兼容隱患。這屬于電磁兼容設(shè)計范疇。

　　而目前國內(nèi)電子、電氣產(chǎn)品比較普遍存在的情況是：產(chǎn)品在進行電磁兼容型式試驗時，產(chǎn)品設(shè)計已經(jīng)定型，產(chǎn)品外殼已經(jīng)開模，PCB 板已經(jīng)設(shè)計生產(chǎn)，部件板卡已經(jīng)加工，甚至產(chǎn)品已經(jīng)生產(chǎn)出來等著出貨放行。

　　對此類產(chǎn)品存在的電磁兼容問題，只能采取“出現(xiàn)什么問題，解決什么問題”的問題解決法，以對產(chǎn)品的最小改動使其達到電磁兼容要求。這就屬于電磁兼容整改對策的范疇，這是我們這次課程需要探討的問題。

　　1.2 常見的電磁兼容整改措施

　　對常見的電磁兼容問題，我們通過綜合采用以下幾個方面的整改措施，一般可以解決大部分的問題：可以在屏蔽體的裝配面處涂導(dǎo)電膠，或者在裝配面處加導(dǎo)電襯墊，甚至采用導(dǎo)電金屬膠帶進行補救。導(dǎo)電襯墊可以是編織的金屬絲線、硬度較低易于塑型的軟金屬（銅、鉛等）、包裝金屬層的橡膠、導(dǎo)電橡膠或者是梳狀簧片接觸指狀物等。

　　在不影響性能的前提下，適當(dāng)調(diào)整設(shè)備電纜走向和排列，做到不同類型的電纜相互隔離。改變普通的小信號或高頻信號電纜為帶屏蔽的電纜，改變普通的大電流信號或數(shù)據(jù)傳輸信號電纜為對稱絞線電纜。

　　加強接地的機械性能，降低接地電阻。同時對于設(shè)備整體要有單獨的低阻抗接地。

　　在設(shè)備電源輸入線上加裝或串聯(lián)電源濾波器。

　　在可能的情況下，對重要器件進行屏蔽、隔離處理，如加裝接地良好的金屬隔離板或小的屏蔽罩等。

　　在各器件電源輸入端并聯(lián)小電容，以旁路電源帶來的高頻干擾。

　　下面，我們分別就電子、電器產(chǎn)品在傳導(dǎo)發(fā)射、輻射發(fā)射、諧波電流、靜電放電、電快速脈沖、浪涌等電磁兼容測試項目試驗過程中較常出項的問題及解決方案和補救措施與大家共同探討。

　　我們根據(jù)各項目的特點，將這些內(nèi)容分為三大類分別進行討論：

　　電磁騷擾發(fā)射類：傳導(dǎo)發(fā)射、輻射發(fā)射

　　諧波電流類

　　瞬態(tài)脈沖抗擾度類：靜電放電、電快速脈沖、浪涌沖擊

　　2．電磁騷擾發(fā)射測試常見問題對策及整改措施

　　對于電磁發(fā)射測試對策及整改，我們將在下個專題《電子產(chǎn)品 3C 認證檢測中常見電磁兼容問題與對策》中以AV 和IT 類產(chǎn)品為例加以詳細探討，在這兒僅進行一些提綱性介紹，不再深入展開探討。

　　2.1 電子、電氣產(chǎn)品內(nèi)的主要電磁騷擾源

　　設(shè)備開關(guān)電源的開關(guān)回路：騷擾源主頻幾十kHz 到百余kHz，高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。

　　設(shè)備直流電源的整流回路：工頻整流噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百kHz；高頻整流噪聲頻率上限可延伸到數(shù)十MHz。

　　電動設(shè)備直流電機的電刷噪聲：噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百MHz。

　　電動設(shè)備交流電機的運行噪聲：高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。

　　變頻調(diào)速電路的騷擾發(fā)射：騷擾源頻率從幾十kHz 到幾十MHz

　　設(shè)備運行狀態(tài)切換的開關(guān)噪聲：噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百MHz。

　　智能控制設(shè)備的晶振及數(shù)字電路電磁騷擾：騷擾源主頻幾十kHz 到幾十MHz，高次諧波可延伸到數(shù)百MHz。

　　微波設(shè)備的微波泄漏：騷擾源主頻數(shù)GHz。

　　電磁感應(yīng)加熱設(shè)備的電磁騷擾發(fā)射：騷擾源主頻幾十kHz，高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。

　　電視電聲接收設(shè)備的高頻調(diào)諧回路的本振及其諧波：騷擾源主頻數(shù)十MHz 到數(shù)百MHz，高次諧波可延伸到數(shù)GHz。

　　信息技術(shù)設(shè)備的及各類自動控制設(shè)備數(shù)字處理電路：騷擾源主頻數(shù)十MHz 到數(shù)百MHz，高次諧波可延伸到數(shù)GHz。

　　2.2 騷擾源定位

　　2.2.1 根據(jù)測量曲線定位：

　　依據(jù)：超標騷擾頻率范圍、超標騷擾頻域分布、窄帶騷擾還是寬帶騷擾等

　　根據(jù)被測設(shè)備工作方式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)定位：

　　有沒有使用標準不建議使用的半波整流和對稱/非對稱電源調(diào)整電路？

　　內(nèi)部結(jié)構(gòu)中電路板布局是否合理？

　　內(nèi)部電纜走線是否合理？

　　內(nèi)部濾波器（濾波電路）安裝是否合理？

　　內(nèi)部電路接地和搭接方式是否合理？

　　機箱屏蔽是否滿足對應(yīng)產(chǎn)品的需求？

　　2.2.2 根據(jù)被測設(shè)備組成和功能定位：

　　設(shè)備內(nèi)部有否二次電源，其工作方式？

　　設(shè)備內(nèi)是否有驅(qū)動電機，電機類型？

　　設(shè)備內(nèi)是否有變頻調(diào)速電路？

　　設(shè)備內(nèi)是否有數(shù)碼控制或智能控制電路？是否使用晶振？

　　設(shè)備內(nèi)是否存在程控的繼電器或開關(guān)電路？

　　設(shè)備正常工作是否利用電磁波或微波？

　　設(shè)備內(nèi)是否存在工作中的無線收發(fā)電路？

　　2.2.3 根據(jù)功能模塊工作情況進行故障定位：

　　若設(shè)備的各個模塊可以暫停和恢復(fù)工作，可以通過逐個暫停這些模塊的工作來判斷騷擾來源。

　　若模塊不可以獨立暫停和恢復(fù)工作，可以通過與設(shè)備其它功能模塊一起組合進行暫停和恢復(fù)工作，從而判斷騷擾的大概來源。

　　若模塊不可以獨立暫停和恢復(fù)工作，可以通過與其它設(shè)備的合格功能模塊一起組合進行暫停和恢復(fù)工作，從而判斷騷擾的大概來源。

　　對懷疑騷擾超標的模塊，可以用置換的方式來進行騷擾判定。

　　2.3 電子、電氣產(chǎn)品連續(xù)傳導(dǎo)發(fā)射超標問題及對策

　　家電類產(chǎn)品連續(xù)傳導(dǎo)騷擾標稱測量頻率范圍148.5kHz-30MHz（實際為150kHz-30MHz）。

　　測量分別在電源端子及負載端子和附加端子上進行。

　　連續(xù)傳導(dǎo)騷擾的主要來源：

　　開關(guān)電源的開關(guān)頻率及諧波騷擾、電源整流回路的整流噪聲、

　　交流電機的運行噪聲、直流電機的電刷噪聲、

　　電磁感應(yīng)加熱設(shè)備的電磁騷擾、

　　智能控制設(shè)備的晶振及數(shù)字電路電磁騷擾等

　　當(dāng)我們通過騷擾定位方式找到超標點的騷擾來源后，

　　即可采用相對應(yīng)的騷擾抑制措施。

　?。ㄡ槍收隙ㄎ患皞鲗?dǎo)騷擾來源分別展開說明）

　　對一般的電源端連續(xù)傳導(dǎo)騷擾可以通過以下的電路加以抑制：

　　圖 1：交流電源濾波網(wǎng)絡(luò)

　　對于負載端子和附加端子的傳導(dǎo)騷擾可以通過以下的電路加以抑制

　　圖2：直流輸出濾波網(wǎng)絡(luò)

　　無論是對電源端子、負載端子和附加端子采取抑制措施，若使用獨立的濾波器時，需注意其安裝方式。

　　圖3：濾波器的安裝方法

電子、電氣產(chǎn)品斷續(xù)傳導(dǎo)發(fā)射超標問題及對策#e#

　　2.4 電子、電氣產(chǎn)品斷續(xù)傳導(dǎo)發(fā)射超標問題及對策

　　家電類產(chǎn)品斷續(xù)傳導(dǎo)騷擾標稱測量頻率范圍148.5kHz-30MHz（實際為150kHz-30MHz）。

　　測量在電源端子上進行，喀嚦聲測量的頻率點為：150kHz、500kHz、1.4MHz、30MHz

　　斷續(xù)傳導(dǎo)騷擾的主要來源：

　　恒溫控制器具，程序自動的機器和其他電氣控制或操作的器具的開關(guān)操作會產(chǎn)生斷續(xù)騷擾。

　　此類操作一般通過繼電器和程控電子/機械開關(guān)等實現(xiàn)。

　　此類騷擾一般由繼電器、開關(guān)的觸點抖動及非純阻負載通斷所產(chǎn)生的電涌沖擊形成。

　　可采用相對應(yīng)的騷擾抑制措施主要針對以上兩個方面進行。

　　2.5 電子、電氣產(chǎn)品輻射騷擾超標問題及對策

　　電子、電氣產(chǎn)品輻射騷擾場強測量頻率范圍30MHz-1000MHz。

　　測量一般在開闊場或半電波暗室中進行。

　　輻射騷擾的主要騷擾來源：

　　開關(guān)電源的開關(guān)頻率及諧波騷擾

　　交流電機的運行噪聲、直流電機的電刷噪聲

　　電磁感應(yīng)設(shè)備的電磁騷擾

　　智能控制設(shè)備的晶振及數(shù)字電路電磁騷擾等

　　當(dāng)我們通過騷擾定位方式找到輻射騷擾超標點的騷擾源后，即可采用相對應(yīng)的騷擾源抑制措施。（針對故障定位及騷擾來源分別展開說明）

　　一般來說，首先抑制騷擾源，這可以通過優(yōu)化電路設(shè)計、電路結(jié)構(gòu)和排版，加強濾波和正確的接地來達到。其次是要切斷耦合途徑，這可以通過正確的機殼屏蔽和傳輸線濾波達到。

　　3．諧波電流測試常見問題對策及整改措施

　　對于由交流市電供電的電子、電氣產(chǎn)品，諧波電流是一個很重要的電磁兼容測量項目。

　　在低壓市電網(wǎng)絡(luò)使用的電子電氣設(shè)備，其供電電壓是正弦波，但其電流波形未必是正弦波，可能有或多或少的畸變。大量的此類設(shè)備應(yīng)用，會造成電網(wǎng)電壓波形畸變，使電網(wǎng)電能質(zhì)量下降。

　　圖4：高壓整流電路及對應(yīng)的畸變電流波形

　　一個周期函數(shù)可以分解為傅立葉級數(shù)，表示為多級正弦函數(shù)的和式，即可把周期信號當(dāng)作是正弦函數(shù)的基波與高次諧波的合成。

　　所以，我們可以將設(shè)備的畸變電流波形分解為基波和高次諧波，通過特定的儀器測量高次諧波含量，就可以分析出設(shè)備電流波形畸變的程度。這些高次諧波電流分量我們簡稱為諧波電流。

　　圖6：畸變電流波形的傅立葉展開示意圖

　　當(dāng)電網(wǎng)中存在過量的諧波電流，不僅會使發(fā)電機的效率降低，嚴重時還會造成發(fā)電機和電網(wǎng)設(shè)備的損壞，同時還會影響電網(wǎng)用戶設(shè)備的正常工作，比如計算機運算出錯，電視機畫面翻滾。

　　正是出于保護共用電網(wǎng)電能質(zhì)量，保障電網(wǎng)和用戶設(shè)備的正常進行，IEC 提出了諧波電流限值標準。

　　諧波電流測試不適用于由非市電的低壓交、直流和電池供電的電子、電氣產(chǎn)品。

　　3.1 測量標準介紹

　　下面以GB17625.1 標準為例，對諧波電流的測量作一個簡要介紹。

　　標準名稱：GB17625.1-2003 idt IEC61000-3-2:2001 《電磁兼容 限值 諧波電流發(fā)射限值（設(shè)備每相輸入電流≤16A）》

　　GB17625.1-2003 是眾多電子電器產(chǎn)品認證檢驗的一個重要依據(jù)標準。該標準測量和限制的就是由低壓市電供電的電子、電氣產(chǎn)品（設(shè)備每相輸入電流≤16A）在使用時其供電電流波形畸變的程度。

　　GB17625.1-2003 標準是通過限制設(shè)備電流的高次諧波分量的大小來限制設(shè)備電流波形的畸變的。GB17625.1 考慮到第40 次諧波電流含量。

　　3.1.1 標準的適用范圍

　　該標準只對接入頻率為 50Hz/60Hz、相電壓為220V/230V/240V 的低壓供電系統(tǒng)且每相輸入電流不大于16A 的設(shè)備提出諧波電流限值要求。

　　該標準是一個通用電磁兼容標準。適合于本標準的產(chǎn)品類別較多，如家用電器、電動工具、電氣照明設(shè)備、信息技術(shù)設(shè)備、影音設(shè)備等等。

　　3.1.2 設(shè)備的分類

　　分類是按照諧波電流限值不同而進行的。

　　A 類：平衡的三相設(shè)備;

　　家用電器，不包括列入D 類的設(shè)備；

　　工具，不包括便攜式工具；

　　白熾燈調(diào)光器；

　　音頻設(shè)備；

　　以及除以下幾類設(shè)備外的所有其他設(shè)備。

　　B 類：便攜式工具；不屬于專用設(shè)備的電弧焊設(shè)備

　　C 類：照明設(shè)備

　　D 類：有功功率不大于600W 下列設(shè)備：個人計算機和個人計算機顯示器；電視接收機。

　　B 類、C 類和D 類設(shè)備定義比較簡單，A 類的區(qū)分比較復(fù)雜。

　　3.1.3 諧波電流限值

　　下列類型設(shè)備的限值在該標準中未作規(guī)定：

　　額定功率75W 及以下的設(shè)備，照明設(shè)備除外（將來該值可能從75W 減小到50W）；

　　總額定功率大于1kW 的專用設(shè)備；

　　額定功率不大于200W 的對稱控制加熱元件；

　　額定功率不大于1kW 的白熾燈獨立調(diào)光器。

　?。ㄍǔＳ猩a(chǎn)廠家利用此條的限制項來達到免于進行諧波電流限制的目的）

　　3.1.3.1 A 類設(shè)備的諧波電流限值

　　A 類設(shè)備的諧波電流限值見標準相應(yīng)表格，限值是有效值，單位為安培。該限值是固定值，與產(chǎn)品的功率和基波電流大小不相關(guān)。

　　3.1.3.2 B 類設(shè)備的諧波電流限值

　　B 類設(shè)備的諧波電流限值是A 類設(shè)備的限值的1.5 倍。

　　3.1.3.3 C 類設(shè)備的諧波電流限值

　　a）有功輸入功率大于25W

　　對于有功輸入功率大于25W 的照明電器，諧波電流不應(yīng)超過C 類設(shè)備的相關(guān)限值。該限值與產(chǎn)品基波電流大小不相關(guān)。

　　b）有功輸入功率不大于25W

　　對于有功功率不大于25W 的放電燈，標準規(guī)定了其特定的合格判定條件。

　　3.1.3.4 D 類設(shè)備的諧波電流限值

　　a）只限制奇次諧波電流。

　　b）奇次諧波電流不僅要符合最大允許諧波電流，還要符合“每瓦功率允許的最大諧波電流”。

　　可以說對D 類設(shè)備的要求是比較嚴格的，而實際情況卻是D 類設(shè)備的諧波電流往往比較大。

　　該規(guī)定是考慮到D 類設(shè)備應(yīng)用非常廣泛，又經(jīng)常是連續(xù)運轉(zhuǎn)，客觀上又經(jīng)常同時使用。如此多的D類設(shè)備同時工作，它們產(chǎn)生的諧波電流在合成（矢量合成）后對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響將是不能不考慮的。

　　3.1.4 諧波電流測量儀器

　　諧波測量設(shè)備一般由兩部分組成：精密電源單元與測量儀表單元。

　　要求電源部分能向被測設(shè)備提供良好波形的電壓源、負載能力和平坦的阻抗特性。

　　標準規(guī)定測量儀表單元必須是離散付氏變換（FFT）的時域測量儀器，能夠連續(xù)、準確地同時測量全部各次諧波所涉及的幅值、相位角等需要量。

　　目前實驗室多采用以FFT 為頻譜分析原理的諧波測量儀。測量儀的前級為采樣電路、模-數(shù)變化器，后級是FFT 分析儀（可以利用PC 機實現(xiàn)）。

　　3.1.5 試驗條件

　　標準中規(guī)定了部分類型設(shè)備諧波電流的試驗條件。

　　對于沒有提到的設(shè)備，發(fā)射測量應(yīng)在用戶操作控制下或自動程序設(shè)定在正常工作狀態(tài)下，預(yù)計產(chǎn)生最大總諧波電流（THC）的模式進行。

　　這是規(guī)定了發(fā)射試驗時設(shè)備的配置，而不是要求測量THC 值或?qū)ふ易類毫訝顟B(tài)下的發(fā)射。

　　3.2 諧波電流發(fā)射的基本對策

　　解決諧波發(fā)射超標問題的基本辦法是在原來的電源電路中增加功率因數(shù)校正（PFC）電路。或改變已有的PFC 電路，使其滿足測試標準要求。

　　功率因數(shù)校正一般分為兩種類型，即主動式和被動式。

　　當(dāng)然對于中小功率的電子、電器設(shè)備，盡可能將其消耗的有功功率降低到75W 以下，也不失為一種有效的方法。因為標準沒有對75W 及以下的設(shè)備給出限值（照明設(shè)備除外）。

　　對于一些專用的或特殊用途的設(shè)備，使其滿足標準限值中免于限制條款，也是可行的。

　　3.2.1 主動式功率因數(shù)校正

　　主動式功率因數(shù)校正電路可以最大限度的提高功率因數(shù)，使其接近于1，這是目前較為理想的諧波電流解決方案。

　　這樣的開關(guān)電源電路必須使用二級開關(guān)電路控制，其中一級開關(guān)電路用來控制電流諧波，另外一級開關(guān)電路用作電壓調(diào)整。

　　該方案電路比較復(fù)雜，對電路元件要求高，增加的改進成本較高，而且對原來電源電路的設(shè)計概念必須作徹底的更新。

　　使用中還應(yīng)該注意到，設(shè)備注入電源的射頻傳導(dǎo)騷擾可能因此而增加，這時必須再根據(jù)需要增加抑制電源傳導(dǎo)騷擾的元件。

　　顯然，因為技術(shù)的原因，該方案一般不能應(yīng)用在采用線形電源變壓器供電的設(shè)備上。

　　由于該方案對電路改動太大，一般少在諧波電流測試不通過時作為整改對策使用。

　　3.2.2 被動式功率因數(shù)校正

　　目前消費類電子、電氣產(chǎn)品所采用的開關(guān)電源電路多是開關(guān)頻率比較低、電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低的那種形式，其諧波電流發(fā)射超過限值的問題也較普遍。

　　在這種情況下，成本控制可能是主要的考慮。

　　采用低頻濾波電路可以降低諧波成份到標準限值以下，這種措施屬于被動式功率因數(shù)校正。這種方案適合于中小功率設(shè)備。

　　因為需要濾除的是工頻諧波，對功率較大的設(shè)備，濾波器的重量和成本可能會超過設(shè)備電源本身。

　　3.2.3 其它解決措施

　　對那些設(shè)備整體呈感性或容性的電子、電氣設(shè)備（如電動設(shè)備等），在正常工作時，其電流波形的峰值出現(xiàn)時間可能會滯后或超前電壓波形的峰值，造成產(chǎn)品的功率因素的下降。

　　對此類設(shè)備較常采用的方式是對應(yīng)的容性或感性補償，使補償后的電流波形的峰值出現(xiàn)時間與電壓波形的峰值出現(xiàn)時間保持同步。

　　此類補償需注意，不要出現(xiàn)過補償，否則，效果適得其反。

　　此類補償方式多用于電力系統(tǒng)的功率因素補償，一般的電子、電氣設(shè)備上較少采用。

　　因為，一般的電子、電氣設(shè)備的諧波問題主要表現(xiàn)為波形畸變，而不僅是電流波形相位滯后、超前的問題，這種補償方式效果不明顯。

　　下面首先介紹兩種被動式功率因數(shù)校正電路，然后再介紹主動式功率因數(shù)校正電路。

　　對一般用電設(shè)備來說，這兩種被動式功率因數(shù)校正電路所增加的元件成本均比較低，體積也不大，一般是可以接受的。

　　采用主動式功率因數(shù)校正電路的比被動式成本略高，但校正效果會比被動式好的多。

　　對有些采用其它方案不能湊效的產(chǎn)品，主動式功率因數(shù)校正電路可能是最后唯一的選擇。

　　當(dāng)然，有些產(chǎn)品為提高產(chǎn)品質(zhì)量和檔次，也會主動采用主動式功率因數(shù)校正電路。

　　3.3 利用電感儲能電流泵式解決方案

　　該方案適用于直接利用高壓整流方式來供電的產(chǎn)品。電路如圖7 所示。

　　這個電路僅僅由一個扼流圈L1、一個快速開關(guān)二極管D1 和一個耐沖擊電容C 組成。用這三只元件

　　構(gòu)成一個電流泵電路，取代原來開關(guān)電源里的由二極管和RC 網(wǎng)絡(luò)組成的限幅緩沖電路。

　　扼流圈的電感L1 大概是開關(guān)變壓器的主電感L 的4 倍。

　　耦合電容C 應(yīng)該能夠耐高壓和沖擊，它的容量是10 到30nF。

　　對應(yīng)開關(guān)電源的功率從75W 到300W 的范圍。

　　C1 電容應(yīng)該大到足夠滿足最大的諧波電流限值，二極管選用快恢復(fù)特性功率二極管。

　　此電路結(jié)合主動功率因數(shù)校正的原理，利用電感儲能延長整流導(dǎo)通的時間，從而有效減少了輸入的諧波電流幅度。

　　應(yīng)用此電路時，應(yīng)注意調(diào)整開關(guān)變壓器和開關(guān)晶體管的參數(shù)，否則易損壞開關(guān)晶體管。

　　此電路宜應(yīng)用在電源開關(guān)頻率較高，開關(guān)晶體管導(dǎo)通電流大，內(nèi)阻很小的電源電路中。

　　圖7：電流泵式被動功率因數(shù)校正電路

　　3.4 低頻諧波電流抑制濾波解決方案

　　電路如圖8 所示。該方案適用于直接利用高壓整流方式來供電的產(chǎn)品。

　　這個電路僅僅由一個低頻扼流圈組成，插入整流橋和濾波電容之間。

　　其工作原理非常簡單，低頻扼流圈的電感和整流電容以及低頻扼流圈的分布電容共同組成一個低頻諧波電流濾波器。

　　圖8：低頻濾波器被動功率因數(shù)校正電路

　　電路參數(shù)要設(shè)計成對50Hz 的基波成份衰減很小，對三次以上諧波成份衰減很大，尤其是第三次諧波（150Hz）的衰減最大。

　　低頻諧波電流抑制濾波器在電源整流之后或者之前的某些點插入電流回路，就可以起到抑制諧波電流的目的。

　　可以解決300W 以下產(chǎn)品的諧波電流問題，并且不需要電路其它參數(shù)作任何改變，也不會降低原電源電路的其它性能。

　　其缺點是體積較大，重量約100-200 克。

　　3.5 主動PFC 解決方案

　　該方案是在主電源上串聯(lián)另一個電源變換器，它強迫電源緊密跟隨正弦型線電壓獲取電流。

　　圖9 為其原理示意圖。

　　該方案適用于直接利用高壓整流方式來供電的產(chǎn)品。

　　圖9：主動式PFC原理示意圖

　　工頻交流經(jīng)過整流器整流后變成波動的直流，該波動直流提供給PFC 轉(zhuǎn)換電路進行轉(zhuǎn)換。

　　對一般普通的開關(guān)電源來說，由于PFC 控制電路相當(dāng)于在原開關(guān)電源的整流和濾波回路之間增加了一級開關(guān)回路。

　　一方面增加了電路的復(fù)雜程度，可能需要對原系統(tǒng)的電源部分重新設(shè)計和排版；

　　另一方面，由于相當(dāng)于增加了一級開關(guān)轉(zhuǎn)換電路，電源產(chǎn)生的射頻騷擾必然有所增加甚至超標，這時可能需要采取一些措施使其重新符合相關(guān)標準的要求。

　　3.6 諧波問題的其它對策

　　以上三種諧波電流問題解決方案主要適用于直接利用高壓整流方式來供電的產(chǎn)品。

　　因為此類產(chǎn)品諧波電流非常大，若不采取相應(yīng)對策，則難以滿足諧波標準要求。

　　對通過工頻變壓器供電的產(chǎn)品和直接使用交流電源而不通過電源變換電路二次供電的家電產(chǎn)品，一

　　般情況下諧波電流不大，且其波電流限值比較寬松，即使不采取諧波電流抑制措施，其諧波電流測試合

　　格率還是非常高的。

　　但我們依然需要注意以下幾個方面的內(nèi)容。

　　對那些非高壓整流方式來供電的家電產(chǎn)品，低次諧波電流限值比較寬松，合格是比較容易的，此時，

　　應(yīng)注意的是20 次以上的高次諧波電流容易出現(xiàn)問題。

　　對此類的高次諧波超標問題，一般在電源回路中增加適當(dāng)?shù)母叽沃C波濾波電感（高頻扼流圈）即可解決問題。

　　由于半波整流方式和利用相位截波方式調(diào)節(jié)（如可控硅非過零控制）對電源進行對稱和非對稱控制

　　都很容易產(chǎn)生非常大的諧波電流。諧波電流標準一般不允許采用半波整流方式和對電源進行對稱和非對稱控制。

　　若測試時諧波電流超標，建議將電源半波整流方式和對稱/非對稱控制方式改為其他的控制方式。

　　如將半波整流改為全波整流或橋式整流方式。將利用相位截波方式調(diào)節(jié)的對稱/非對稱控制方式改成對稱的過零觸發(fā)控制方式?？梢杂行У亟鉀Q此類諧波問題。

　　4．瞬態(tài)脈沖抗擾度測試常見問題對策及整改措施

　　4.1 綜述

　　電磁兼容所說的瞬態(tài)脈沖是指干擾脈沖是斷續(xù)性的，一般具有較高的干擾電壓，較快速的脈沖上升時間，較寬的頻譜范圍。一般包括：靜電放電、電快速瞬變脈沖群、浪涌沖擊等。

　　由于它們具有以上共同特點，因此在試驗結(jié)果的判斷及抑制電路上有較大的共同點。在此處先進行介紹。

　　4.1.1 瞬態(tài)脈沖抗擾度測試常見的試驗結(jié)果說明

　　對不同試驗結(jié)果，可以根據(jù)該產(chǎn)品的工作條件和功能規(guī)范按以下內(nèi)容分類：

　　A：技術(shù)要求范圍內(nèi)的性能正常；

　　B：功能暫時降低或喪失，但可自行恢復(fù)性能；

　　C：功能暫時降低或喪失，要求操作人員干預(yù)或系統(tǒng)復(fù)位；

　　D：由于設(shè)備（元件）或軟件的損壞或數(shù)據(jù)的喪失，而造成不可恢復(fù)的功能降低或喪失。

　　符合A 的產(chǎn)品，試驗結(jié)果判合格。這意味著產(chǎn)品在整個試驗過程中功能正常，性能指標符合技術(shù)要求。

　　符合B 的產(chǎn)品，試驗結(jié)果應(yīng)視其產(chǎn)品標準、產(chǎn)品使用說明書或者試驗大綱的規(guī)定，當(dāng)認為某些影響不重要時，可以判為合格。

　　符合C 的產(chǎn)品，試驗結(jié)果除了特殊情況并且不會造成危害以外，多數(shù)判為不合格。

　　符合D 的產(chǎn)品判別為不合格。

　　符合B 和C 的產(chǎn)品試驗報告中應(yīng)寫明B 類或C 類評判依據(jù)。符合B 類應(yīng)記錄其喪失功能的時間。

　　4.1.2 常用的瞬態(tài)脈沖抑制電路：

　　4.1.2.1 箝位二極管保護電路：

　　工作原理如圖 10。

　　圖10 二極管保護電路

　　使用2 只二極管的目的是為了同時抑制正、負極性的瞬態(tài)電壓。瞬態(tài)電壓被箝位在V++VPN~V--VPN 范圍內(nèi)，串聯(lián)電阻擔(dān)負功率耗散的作用。利用現(xiàn)有電源的電壓范圍作為瞬態(tài)電壓的抑制范圍，二極管的正向?qū)娏骱痛?lián)電阻的阻值決定了該電路的保護能力。本電路具有極好的保護效果，同時其代價低廉，適合成本控制比較嚴、靜電放電強度和頻率不十分嚴重的場合。

　　4.1.2.2 壓敏電阻保護電路：

　　壓敏電阻的阻值隨兩端電壓變化而呈非線性變化。當(dāng)施加在其兩端的電壓小于閥值電壓時，器件呈現(xiàn)無窮大的電阻；當(dāng)施加在其兩端的電壓大于閥值電壓時，器件呈現(xiàn)很小電阻值。此物理現(xiàn)象類似穩(wěn)壓管的齊納擊穿現(xiàn)象，不同的是壓敏電阻無電壓極性要求。使用壓敏電阻保護電路的特點是簡單、經(jīng)濟、瞬態(tài)抑制效果好，且可以獲得較大的保護功率。

　　4.1.2.3 穩(wěn)壓管保護電路：

　　背對背串接的穩(wěn)壓管對瞬態(tài)抑制電路的工作原理是顯而易見的。當(dāng)瞬態(tài)電壓超過 V1 的穩(wěn)壓值時，V1 反向擊穿，V2 正向?qū)?；?dāng)瞬態(tài)電壓是負極性時，V2 反向擊穿，V1 正向?qū)?。將這2 只穩(wěn)壓管制作在同一硅片上就制成了穩(wěn)壓管對，使用更加方便。

　　4.1.2.4 TVS（瞬態(tài)電壓抑制器）二極管：

　　這是最近發(fā)展起來的一種固態(tài)二極管，適用用于 ESD 保護。一般選擇工作電壓大于或等于電路正常工作電壓的器件。TVS 二極管是和被保護電路并聯(lián)的，當(dāng)瞬態(tài)電壓超過電路的正常工作電壓時，二極管發(fā)生雪崩，為瞬態(tài)電流提供通路，使內(nèi)部電路免遭超額電壓的擊穿或超額電流的過熱燒毀。由于TVS二極管的結(jié)面積較大，使得它具有泄放瞬態(tài)大電流的優(yōu)點，具有理想的保護作用。但同時必須注意，結(jié)面積大造成結(jié)電容增大，因而不適合高頻信號電路的保護。改進后的TVS 二極管還具有適應(yīng)低壓電路（＜5V ）的特點，且封裝集成度高，適用于在印制電路板面積緊張的情況下使用。這些特點決定了它有廣泛的適用范圍，尤其在高檔便攜設(shè)備的接口電路中有很好的使用價值。

　　下面將對靜電放電、電快速瞬變脈沖群、浪涌沖擊的測試及常見問題對策及整改措施分別展開進行探討。由于，這三個有較大的共同點，因此在測試及對策上都有較大共同點，下面將對靜電放電問題展開詳細深入的討論，而在電快速瞬變脈沖群、浪涌沖擊的討論中出現(xiàn)的相同之處將不再重復(fù)探討。

　　4.2 靜電放電抗擾度測試常見問題對策及整改措施

　　4.2.1 靜電放電形成的機理及其對電子產(chǎn)品的危害

　　靜電是兩種介電系數(shù)不同的物質(zhì)磨擦?xí)r，正負極性的電荷分別積累在兩個物體上而形成。就人體而言，衣服與皮膚之間的磨擦發(fā)生的靜電是人體帶電的主要原因之一。

　　靜電源跟其它物體接觸時，存在著電荷流動以抵消電壓，這個高速電量的傳送，將產(chǎn)生潛在的破壞電壓、電流以及電磁場，這就是靜電放電。

　　在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用過程中，操作者是最活躍的靜電源，可能積累一定數(shù)量的電荷，當(dāng)人體接觸與地相連的元件、裝置的時候就會產(chǎn)生靜電放電。靜電放電一般用ESD 表示。

　　觸與地相連的元件、裝置的時候就會產(chǎn)生靜電放電。靜電放電一般用ESD 表示。

　　ESD 會導(dǎo)致電子設(shè)備嚴重地損壞或操作失常。

　　大多數(shù)半導(dǎo)體器件都很容易受靜電放電而損壞，特別是大規(guī)模集成電路器件更為脆弱。

　　靜電對器件造成的損壞有顯性的和隱性的兩種。隱性損壞在當(dāng)時看不出來，但器件變得更脆弱，在過壓、高溫等條件下極易損壞。

　　ESD 兩種主要的破壞機制是：由于ESD 電流產(chǎn)生熱量導(dǎo)致設(shè)備的熱失效；由于ESD 感應(yīng)出高的電壓導(dǎo)致絕緣擊穿。

　　除容易造成電路損害外，ESD 也會對電子電路造成干擾。ESD 電路的干擾有二種方式。

　　一種是傳導(dǎo)方式，若電路的某個部分構(gòu)成了放電路徑，即ESD 接侵入設(shè)備內(nèi)的電路，ESD 電流流過集成片的輸入端，造成干擾。

　　ESD 干擾的另一種方式是輻射干擾。即靜電放電時伴隨火花產(chǎn)生了尖峰電流，這種電流中包含有豐富的高頻成分。從而產(chǎn)生輻射磁場和電場，磁場能夠在附近電路的各個信號環(huán)路中感應(yīng)出干擾電動勢。該干擾電動勢很可能超過邏輯電路的閥值電平，引起誤觸發(fā)。輻射干擾的大小還取決于電路與靜電放電點的距離。ESD 產(chǎn)生的磁場隨距離的平方衰減。。ESD 產(chǎn)生的電場隨距離立方衰減。當(dāng)距離較近時，無論是電場還是磁場都是很強的。ESD 發(fā)生時，在附近位置的電路一般會受到影響。

　　ESD 在近場，輻射耦合的基本方式可以是電容或電感方式，取決于ESD 源和接受器的阻抗。在遠場，則存在電磁場耦合。

　　與ESD 相關(guān)的電磁干擾（EMI）能量上限頻率可以超過1GHz。在這個頻率上，典型的設(shè)備電纜甚至印制板上的走線會變成非常有效的接收天線。因而，對于典型的模擬或數(shù)字電子設(shè)備，ESD 會感應(yīng)出高電平的噪聲。

　　一般來說，造成損壞，ESD 電火花必須直接接觸電路線，而輻射耦合通常只導(dǎo)致失常。

　　在ESD 作用下，電路中的器件在通電條件下比不通電條件下更易損壞。

　　4.2.2 電子產(chǎn)品的靜電放電測試及相關(guān)要求

　　對不同使用環(huán)境、不同用途、不同 ESD 敏感度的電子產(chǎn)品標準對靜電放電抗擾度試驗的要求是不同的，但這些標準關(guān)于ESD 抗擾度試驗大多都直接或間接引用GB/T17626.2-1998 （idt IEC 61000-4-2:1995）：《電磁兼容 試驗和測量技術(shù) 靜電放電抗擾度試驗》這一國家電磁兼容基礎(chǔ)標準，并按其中的試驗方法進行試驗。下面就簡要介紹一下該標準的內(nèi)容、試驗方法及相關(guān)要求。

　　4.2.2.1 試驗對象：

　　該標準所涉及的是處于靜電放電環(huán)境中和安裝條件下的裝置、系統(tǒng)、子系統(tǒng)和外部設(shè)備。

　　4.2.2.2 試驗內(nèi)容：

　　靜電放電的起因有多種，但該標準主要描述在低濕度情況下，通過摩擦等因素，使操作者積累了靜電。電子和電氣設(shè)備遭受直接來自操作者的靜電放電和對臨近物體的靜電放電時的抗擾度要求和試驗方法。

　　4.2.2.3 試驗?zāi)康模?/strong>

　　試驗單個設(shè)備或系統(tǒng)的抗靜電干擾的能力。它模擬：（1）操作人員或物體在接觸設(shè)備時的放電。（2）人或物體對鄰近物體的放電。

　　4.2.2.4 ESD 的模擬：

　　圖 11 和圖12 分別給出了ESD 發(fā)生器的基本線路和放電電流的波形。

　　圖11：靜電放電發(fā)生器

　　圖12：靜電放電的電流波形

　　放電線路中的儲能電容CS 代表人體電容，現(xiàn)公認150pF 比較合適。放電電阻Rd 為330Ω，用以代表手握鑰匙或其他金屬工具的人體電阻?，F(xiàn)已證明，用這種放電狀態(tài)來體現(xiàn)人體放電的模型是足夠嚴酷的。

　　4.2.2.5 試驗方法

　　該標準規(guī)定的試驗方法有兩種：接觸放電法和空氣放電法。

　　接觸放電法：試驗發(fā)生器的電極保持與受試設(shè)備的接觸并由發(fā)生器內(nèi)的放電開關(guān)激勵放電的一種試驗方法。

　　空氣放電法：將試驗發(fā)生器的充電電極靠近受試設(shè)備并由火花對受試設(shè)備激勵放電的一種試驗方法。

　　接觸放電是優(yōu)先選擇的試驗方法，空氣放電則用在不能使用接觸放電的場合中。

　　4.2.2.6 試驗等級及其選擇：

　　試驗電平以最切合實際的安裝環(huán)境和條件來選擇，表1 提供了一個指導(dǎo)原則。表1 同時也給出了靜電放電試驗等級的優(yōu)先選擇范圍，試驗應(yīng)滿足該表所列的較低等級。

　　4.2.2.7 試驗環(huán)境

　　對空氣放電該標準規(guī)定了環(huán)境條件：

　　環(huán)境溫度：15℃~35℃、相對濕度：30%~60%RH、大氣壓力：86kPa~106kPa

　　對接觸放電該標準未規(guī)定特定的環(huán)境條件。

　　4.2.2.8 試驗布置

　　標準對試驗布置也做出了詳細的規(guī)定，圖 13 所示為臺式設(shè)備的試驗布置示意圖。

　　4.2.2.9 試驗實施

　　實施部位：直接放電施加于操作人員在正常使用受試設(shè)備時可能接觸到的點或面上；間接放電施加于水平耦合板和垂直耦合板。

　　直接放電模擬了操作人員對受試設(shè)備直接接觸時發(fā)生的靜電放電情況。

　　間接放電則是對水平耦合板和垂直耦合板進行放電，模擬了操作人員對放置于或安裝在受試設(shè)備附近的物體放電時的情況。

　　直接放電時，接觸放電為首選形式；只有在不能用接觸放電的地方（如表面涂有絕緣層，計算機鍵盤縫隙等情況）才改用氣隙（空氣）放電。

　　間接放電：選用接觸放電方式。

　　試驗電壓要由低到高逐漸增加到規(guī)定值。

　　不同的產(chǎn)品或產(chǎn)品族標準對試驗的實施可能根據(jù)產(chǎn)品的特點有特定的規(guī)定。

　　圖13：臺式設(shè)備靜電放電布置示意圖

　　4.2.2.10 試驗結(jié)果

　　若靜電放電測試通不過，可能產(chǎn)生如下后果：

　?。?）直接通過能量交換引起半導(dǎo)體器件的損壞。

　?。?）放電所引起的電場與磁場變化，造成設(shè)備的誤動作。

　　4.2.3 電子產(chǎn)品的靜電放電對策及改進要點

　　有很多辦法減小 ESD 產(chǎn)生的電磁干擾（EMI）影響電子產(chǎn)品或設(shè)備：完全阻止ESD 產(chǎn)生，阻止EMI（本文中專指因ESD 產(chǎn)生的EMI）耦合到電路或設(shè)備以及通過設(shè)計工藝增加設(shè)備固有的ESD 抗擾性。

　　ESD 通常發(fā)生在產(chǎn)品自身暴露在外的導(dǎo)電物體，或者發(fā)生在鄰近的導(dǎo)電物體上。對設(shè)備而言，容易產(chǎn)生靜電放電的部位是：電纜、鍵盤及暴露在外的金屬框架以及設(shè)備外殼上的孔、洞、縫隙等。

　　常用的改進方法是在產(chǎn)品ESD 發(fā)生或侵入危險點，例如輸入點和地之間設(shè)置瞬態(tài)保護電路，這些電路僅僅在ESD 感應(yīng)電壓超過極限時發(fā)揮作用。保護電路可以包括多個電流分流單元。

　　有多種電路可以達到ESD 保護的目的，但選用時必須考慮以下原則，并在性能和成本之間加以權(quán)衡：速度要快，這是ESD 干擾的特點決定的；能應(yīng)付大的電流通過；考慮瞬態(tài)電壓會在正、負極性兩個方向發(fā)生；對信號增加的電容效應(yīng)和電阻效應(yīng)控制在允許范圍內(nèi)；考慮體積因素；考慮產(chǎn)品成本因素。

　　我們可以從以下幾種抑制ESD 干擾的方法中選擇適用的對策：

　　4.2.3.1 外殼設(shè)計：

　　外殼在人手和內(nèi)部電路間建立隔離層，阻止 ESD 的發(fā)生，金屬外殼同時也是阻止ESD 間接放電形成的輻射及傳導(dǎo)耦合的關(guān)鍵。

　　一個完整的封閉金屬殼能在輻射噪聲中屏蔽電路，但由于從電路到屏蔽殼體的ESD 副級電弧可能產(chǎn)生傳導(dǎo)耦合，因而一些外殼設(shè)計使用絕緣體，在絕緣殼中，放置一個金屬的屏蔽體。這種設(shè)計的好處是既可以防止因操作者對金屬外殼的直接接觸放電造成干擾，又可以防止操作者對周圍物體放電時形成的EMI 耦合到內(nèi)部形成干擾，同時在操作者對外殼的孔、洞、縫隙放電時給放電電流一個泄放通道，防止對內(nèi)部電路直接放電。這種做法的簡化是在設(shè)備金屬外殼上涂絕緣漆或貼一層絕緣物質(zhì)，使絕緣能力大于20kV。

　　因為靜電會穿過孔洞、縫隙放電，所以絕緣外殼的孔洞、縫隙與內(nèi)部電路間應(yīng)留有足夠的空間，2cm左右的空氣隙可以阻止靜電放電的發(fā)生。對外殼上的孔、洞、排氣口等，用幾個小孔代替一個大孔，從EMI 抑制的角度來說更好。為減小EMI 噪聲，縫隙邊沿每隔一定距離處使用電連接。

　　對金屬外殼而言，外殼各部分之間的搭接非常重要，若機箱兩部分之間的搭接阻抗較高，當(dāng)靜電放電電流流過搭接點時，會產(chǎn)生電壓降，這可能會影響電路的正常工作。

　　解決這個問題的方法有兩個：1）盡量使外殼保持導(dǎo)電連續(xù)，減少搭接阻抗。2）在電路與機箱之間增加一層屏蔽，減小電路與機箱之間的電容耦合。內(nèi)層屏蔽要與外殼連接起來。

　　如果是塑料外殼，則要求對電路的接地進行仔細布置，以防止放電電流感應(yīng)到電路上去。塑料外殼的優(yōu)點是不會產(chǎn)生直接放電現(xiàn)象。如果塑料外殼上沒有大的開孔，則塑料外殼能對電路起到保護作用，但塑料外殼對防止操作者對周圍物體放電時耦合到內(nèi)部形成干擾無抑制能力。

　　4.2.3.2 接地設(shè)計：

　　一旦發(fā)生了靜電放電，應(yīng)該讓其盡快旁路人地，不要直接侵入內(nèi)部電路。例如內(nèi)部電路如用金屬機箱屏蔽，則機箱應(yīng)良好接地，接地電阻要盡量小，這樣放電電流可以由機箱外層流入大地，同時也可以將對周圍物體放電時形成的騷擾導(dǎo)入大地，不會影響內(nèi)部電路。

　　對金屬機箱，通常機箱內(nèi)的電路會通過I/O 電纜、電源線等接地，當(dāng)機箱上發(fā)生靜電放電時，機箱的電位上升，而內(nèi)部電路由于接地，電位保持在地電位附近。這時，機箱與電路之間存在著很大的電位差。這會在機箱與電路之間引起二次電弧。使電路造成損壞。通過增加電路與外殼之間的距離可以避免二次電弧的發(fā)生。當(dāng)電路與外殼之間的距離不能增加時，可以在外殼與電路之間加一層接地的金屬擋板，擋住電弧。

　　如果電路與機箱連在一起，則只應(yīng)通過一點連接。防止電流流過電路。線路板與機箱連接的點應(yīng)在電纜入口處。

　　對塑料機箱，則不存在機箱接地的問題。

　　4.2.3.3 電纜設(shè)計：

　　一個正確設(shè)計的電纜保護系統(tǒng)可能是提高系統(tǒng) ESD 非易感性的關(guān)鍵。作為大多數(shù)系統(tǒng)中的最大的“天線”— I/O 電纜特別易于被ESD 干擾感應(yīng)出大的電壓或電流。從另一方面，電纜也對ESD 干擾提供低阻抗通道，如果電纜屏蔽同機殼地連接的話。通過該通道ESD 干擾能量可從系統(tǒng)接地回路中釋放，因而可間接地避免傳導(dǎo)耦合。為減少ESD 干擾輻射耦合到電纜，線長和回路面積要減小，應(yīng)抑制共模耦合并且使用金屬屏蔽。對于輸入/輸出電纜可采用使用屏蔽電纜、共模扼流圈、過壓箝位電路及電纜旁路濾波器措施。在電纜的兩端，電纜屏蔽必須與殼體屏蔽連接。在互聯(lián)電纜上安裝一個共模扼流圈可以使靜電放電造成的共模電壓降在扼流圈上，而不是另一端的電路上。兩個機箱之間用屏蔽電纜連接時，通過電纜的屏蔽層將兩個機箱連接在一起，這樣可以使兩個機箱之間的電位差盡量小。這里，機箱與電纜屏蔽層之間的搭接方式很重要。強烈建議在電纜兩端的機箱與電纜屏蔽層之間360°搭接。

　　4.2.3.4 鍵盤和面板：

　　鍵盤和控制面板的設(shè)計必須保證放電電流能夠直接流到地，而不會經(jīng)過敏感電路。

　　對于絕緣鍵盤，在鍵與電路之間要安裝一個放電防護器（如金屬支架），為放電電流提供一條放電路徑。放電防護器要直接連接到機箱或機架上，而不能連接到電路地上。當(dāng)然，用較大的旅鈕（增加操作者到內(nèi)部線路的距離）能夠直接防止靜電放電。鍵盤和控制面板的設(shè)計應(yīng)能使放電電流不經(jīng)過敏感電路而直接到地。采用絕緣軸和大旋鈕可以防止向控制鍵或電位器放電?，F(xiàn)在，較多的電子產(chǎn)品面板采用薄膜按鍵和薄膜顯示窗，由于該薄膜由耐高壓的絕緣材料構(gòu)成，可有效防止ESD 通過按鍵和顯示窗進入內(nèi)部電路形成干擾。另外，現(xiàn)在大多數(shù)鍵盤的按鍵內(nèi)部均有由耐高壓的絕緣薄膜構(gòu)成的襯墊，可有效防止ESD 的干擾。

　　4.2.3.5 電路設(shè)計：

　　設(shè)備中不用的輸入端不允許處于不連接或懸浮狀態(tài)，而應(yīng)當(dāng)直接或通過適當(dāng)電阻與地線或電源端相連通。

　　一般來說，與外部設(shè)備連接的接口電路都需要加保護電路，其中也包括電源線，這一點往往被硬件設(shè)計所忽視。以微機為例來講，應(yīng)該考慮安排保護電路的環(huán)節(jié)有：串行通信接口、并行通信接口、鍵盤接口、顯示接口等。

　　濾波器（分流電容或一系列電感或兩者的結(jié)合）必須用在電路中以阻止EMI 耦合到設(shè)備。如果輸入為高阻抗，一個分流電容濾波器最有效，因為它的低阻抗將有效地旁路高的輸入阻抗，分流電容越接近輸入端越好。如果輸入阻抗低，使用一系列鐵氧體可以提供最好的濾波器，這些鐵氧體也應(yīng)盡可能接近輸入端。

　　在內(nèi)部電路上加強防護措施。對于可能遭受直接傳導(dǎo)的靜電放電干擾的端口，可以在I/O 接口處串接電阻或并聯(lián)二極管至正負電源端。MOS 管的輸入端串接100kΩ電阻，輸出端串接1kΩ電阻，以限制放電電流量。TTL 管輸人端串接22～100Ω電阻，輸出端串接22～47Ω電阻。模擬管輸入端串接100Ω～100kΩ，并且加并聯(lián)二極管，分流放電電流至電源正或負極，模擬管輸出端串接100Ω的電阻。

　　在I/O 信號線上安裝一個對地的電容能夠?qū)⒔涌陔娎|上感應(yīng)的靜電放電電流分流到機箱，避免流到電路上。但這個電容也會將機殼上的電流分流到信號線上。為了避免這種情況的發(fā)生，可以在旁路電容與線路板之間安裝一只鐵氧體磁珠，增加流向線路板的路徑的阻抗。需要注意的是，電容的耐壓一定要滿足要求。靜電放電的電壓可以高達數(shù)千伏。

　　用一個瞬態(tài)防護二極管也能夠?qū)o電放電起到有效的保護，但需要注意，用二極管雖然將瞬態(tài)干擾的電壓限制住了，但高頻干擾成分并沒有減少，該電路中一般應(yīng)有與瞬態(tài)防護二極管并聯(lián)的高頻旁路電容抑制高頻干擾。

　　在電路設(shè)計及電路板布線方面，應(yīng)采用門電路和選通脈沖。這種輸入方式只有在靜電放電和選通同時發(fā)生時才能造成損壞。而脈沖邊沿觸發(fā)輸入方式對靜電放電引起的瞬變很敏感，不宜采用。

　　4.2.3.6 PCB 設(shè)計：

　　良好的 PCB 設(shè)計可以有效地減少ESD 干擾對產(chǎn)品造成的影響，這也是電磁兼容設(shè)計中ESD 設(shè)計部分的一個重要的內(nèi)容，大家可以從那部分課程中得到詳細的指引。對一個成品進行電磁兼容對策時，很難再對PCB 進行重新設(shè)計（改進成本太高），此處不再加以介紹。

　　4.2.3.7 軟件：

　　除了硬件措施外，軟件抑制方案也是減少系統(tǒng)鎖定等嚴重失常的有力方法。

　　軟件ESD 抑制措施分為兩種常用的類別：刷新、檢查并且恢復(fù)。刷新涉及到周期性地復(fù)位到休止狀態(tài)，并且刷新顯示器和指示器狀態(tài)。只需進行一次刷新然后假設(shè)狀態(tài)是正確的，其它的事就不用做了。

　　檢查/恢復(fù)過程用于決定程序是否正確執(zhí)行，它們在一定間隔時間被激活，以確認程序是否在完成某個功能。如果這些功能沒有實現(xiàn)，一個恢復(fù)程序被激活。

　　4.2.4 一般ESD 對策準則：

　?。?）在易感CMOS、MOS 器件中加入保護二極管；

　?。?）在易感傳輸線上（地線在內(nèi)）串幾十歐姆的電阻或鐵氧體磁珠；

　?。?）使用靜電保護表面涂敷技術(shù)，使ESD 難以機芯放電，經(jīng)證明十分有效；

　?。?）盡量使用屏蔽電纜；

　?。?）在易感接口處安裝濾波器；并將無法安裝濾波器的敏感接口加以隔離；

　?。?）選擇低脈沖頻率的邏輯電路；

　?。?）外殼屏蔽加良好的接地。

　　4.3 電快速瞬變脈沖群抗擾度測試常見問題對策及整改措施

　　4.3.1 電快速瞬變脈沖群形成的機理及其對電子產(chǎn)品的影響

　　4.3.1 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）在斷開時，由于開關(guān)觸點間隙的絕緣擊穿或觸點彈跳等原因，在斷開處產(chǎn)生的暫態(tài)騷擾。當(dāng)電感性負載多次重復(fù)開關(guān)，則脈沖群又會以相應(yīng)的時間間隙多次重復(fù)出現(xiàn)。這種暫態(tài)騷擾能量較小，一般不會引起設(shè)備的損壞，但由于其頻譜分布較寬，所以會對電子、電氣設(shè)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造成設(shè)備的誤動作，是因為脈沖群對線路中半導(dǎo)體結(jié)電容充電，當(dāng)結(jié)電容上的能量累積到一定程度，便會引起線路乃至設(shè)備的誤動作。

　　4.3.2 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(chǔ)標準，并按其中的試驗方法進行試驗。下面就簡要介紹一下該標準的內(nèi)容、試驗方法及相關(guān)要求。

　　4.3.2.1 試驗對象：

　　適用于在住宅區(qū)和商業(yè)區(qū)/工業(yè)區(qū)使用的在運行條件下的電子、電氣設(shè)備的電快速瞬變脈沖群的抗擾性能測試。

　　4.3.2.2 試驗內(nèi)容：

　　對電氣和電子設(shè)備的供電電源端口、信號和控制端口在受到重復(fù)性快速瞬變脈沖群干擾時的性能進行評定。

　　4.3.2.3 試驗?zāi)康模?/strong>

　　重復(fù)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(shè)備的電源端口、信號和控制端口的試驗。試驗的要點是瞬變的短上升時間、重復(fù)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(shè)備在遭受這類暫態(tài)騷擾影響時的性能。

　　4.3.2.4 試驗發(fā)生器

　　試驗發(fā)生器性能的主要指標有三個：單個脈沖波形、脈沖的重復(fù)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(yīng)如圖14，15 所示。

　　圖 14：快速瞬變脈沖群概略圖

　　圖15：接50Ω 負載時單個脈沖的波形

　　4.3.2.5 試驗方法

　　對交/直流電源端子的選擇耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)來施加快速瞬變脈沖群干擾信號。對I/O 信號、數(shù)據(jù)和控制端口選擇快速瞬變脈沖群測試專用的容性耦合夾來施加快速瞬變脈沖群干擾信號。

　　4.3.2.6 試驗等級及其選擇：

　　試驗等級應(yīng)根據(jù)下列情況來選擇：

　　----電磁環(huán)境； ----騷擾源與關(guān)心的設(shè)備的鄰近情況； ----兼容性裕度。

　　對具體的產(chǎn)品來說，試驗等級選擇往往已在相應(yīng)的產(chǎn)品或產(chǎn)品族標準中加以規(guī)定。

　　4.3.2.7 試驗環(huán)境

　　該標準規(guī)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(guī)定，圖 16 所示為用于實驗室型式試驗的一般試驗配置示意圖。

　　圖16：用于實驗室型式試驗的一般試驗配置

　　4.3.2.9 試驗實施

　　電源、信號和其他功能電量應(yīng)在其額定的范圍內(nèi)使用，并處于正常的工作狀態(tài)。

　　根據(jù)要進行試驗的EUT 的端口類型選擇相應(yīng)的試驗等級和耦合方式。

　　使受試設(shè)備處于典型工作條件下，根據(jù)受試設(shè)備端口及其組合，依次對各端口施加試驗電壓。

　　每種組合應(yīng)針對不同脈沖極性進行測試，每種狀態(tài)的試驗持續(xù)時間不少于1min。

　　不同的產(chǎn)品或產(chǎn)品族標準對試驗的實施可能根據(jù)產(chǎn)品的特點有特定的規(guī)定。

　　4.3.2.10 試驗結(jié)果

　　若電快速速變脈沖群測試通不過，可能產(chǎn)生如下后果：造成設(shè)備的誤動作。

　　4.3.3 導(dǎo)致電快速脈沖試驗失敗的原因

　　從脈沖群試驗主要是進行電源線和信號/控制線的傳導(dǎo)差/共模干擾試驗，只是干擾脈沖的波形前沿非常陡峭，持續(xù)時間非常短暫，因此含有極其豐富的高頻成分，這就導(dǎo)致在干擾波形的傳輸過程中，會有一部分干擾從傳輸?shù)木€纜中逸出，這樣設(shè)備最終受到的是傳導(dǎo)和輻射的復(fù)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(xù)一段時間的脈沖串，因此它對電路的干擾有一個累積效應(yīng)，大多數(shù)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(shè)備影響的原因有三種，包括：

　　a）通過電源線直接傳導(dǎo)進設(shè)備的電源，導(dǎo)致電路的電源線上有過大的噪聲電壓。當(dāng)單獨對火線或零線注入時，在火線和零線之間存在著差模干擾，這種差模電壓會出現(xiàn)在電源的直流輸出端。當(dāng)同時對火線和零線注入時，僅存在著共模電壓，由于大部分電源的輸入都是平衡的（無論是變壓器輸入，還是整流橋輸入），因此實際共模干擾轉(zhuǎn)變成差模電壓的成分很少，對電源的輸出影響并不大。

　　b）干擾能量在電流線上傳導(dǎo)的過程中，向空間輻射，這些輻射能量感應(yīng)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，往往會在直接向信號電纜注入試驗脈沖時，導(dǎo)致試驗失?。?/p>

　　c）干擾脈沖信號在電纜（包括信號電纜和電源電纜）上傳輸時產(chǎn)生的二次輻射能量感應(yīng)進電路，對電路形成干擾。

　　4.3.4 通過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（電源線和信號線的濾波）及吸收（用鐵氧體磁芯來吸收）。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，千萬不要隨意更改，因為脈沖群干擾不僅僅是一個傳導(dǎo)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(shè)備的入口處最為有效。下面根據(jù)端口的不同分別進行探討。

　　4.3.4.1 針對電源線試驗的措施

　　解決電源線干擾問題的主要方法是在電源線入口處安裝電源線濾波器，阻止干擾進入設(shè)備。

　　快速脈沖通過電源線注入時，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差模電容（X 電容）和電感濾波器加以吸收。

　　若注入到電源線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(shè)備順利通過試驗。

　　下面是用濾波器抑制電源線上的電快速脈沖的方法。

　　a）設(shè)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，只要在電源線的入口處安裝一只含有共模濾波電容的電源線濾波器，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(shè)備與地線面之間的接地線具有較大的電感，對于高頻干擾成分阻抗較大，因此設(shè)備接地與否對試驗的結(jié)果一般沒有什么影響。除了選擇高頻性能良好的濾波器以外，在安裝濾波器時，注意濾波器應(yīng)靠近金屬機箱上的電源入口處，防止電源線二次輻射造成的干擾。

　　b）設(shè)備機箱是非金屬的

　　如果設(shè)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。這時的共模干擾電流通路通過金屬板與地線面之間的雜散電容形成通路。如果設(shè)備的尺寸較小，意味著金屬板尺寸也較小，這時金屬板與地線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，需要采用各種措施提高電感高頻特性，必要時可用多個電感串聯(lián)。

　　4.3.4.2 針對信號線試驗應(yīng)采取的措施

　　快速脈沖通過信號/控制線注入時，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，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面可靠連接。如果設(shè)備的外殼是金屬的并是接地的設(shè)備，這個條件容易滿足。當(dāng)設(shè)備的外殼是金屬的，但是不接地時，屏蔽電纜只能對電快速脈沖中的高頻成分起到抑制作用，這是通過金屬機殼與地之間的雜散電容來接地的。如果機箱是非金屬機箱，則電纜屏蔽的方法就沒有什么效果。

　　b）信號電纜上安裝共模扼流圈：

　　共模扼流圈實際是一種低通濾波器，只有當(dāng)電感量足夠大時，才能對電快速脈沖群有效果。但是當(dāng)扼流圈的電感量較大時（往往匝數(shù)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，在實際使用時，需要注意調(diào)整扼流圈的匝數(shù)，必要時用兩個不同匝數(shù)扼流圈串聯(lián)起來，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，這種方法會對差模信號有一定的衰減，在使用時需要注意。

　　d）對敏感電路局部屏蔽。當(dāng)設(shè)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施時，干擾會直接耦合進電路。這時只能對敏感電路進行局部屏蔽。屏蔽體應(yīng)該是一個完整的六面體。

　　4.4 浪涌沖擊抗擾度測試常見問題對策及整改措施

　　4.4.1 浪涌沖擊形成的機理

　　電磁兼容領(lǐng)域所指的浪涌沖擊一般來源于開關(guān)瞬態(tài)和雷擊瞬態(tài)。

　　4.4.1.1 開關(guān)瞬態(tài)

　　系統(tǒng)開關(guān)瞬態(tài)與以下內(nèi)容有關(guān)：

　　a）主電源系統(tǒng)切換騷擾，例如電容器組的切換；

　　b）配電系統(tǒng)內(nèi)在儀器附近的輕微開關(guān)動作或者負荷變化；

　　c）與開關(guān)裝置有關(guān)的諧振電路，如晶閘管；

　　d）各種系統(tǒng)故障，例如對設(shè)備組接地系統(tǒng)的短路和電弧故障。

　　4.4.1.2 雷擊瞬態(tài)

　　雷電產(chǎn)生浪涌（沖擊）電壓的主要原理如下：

　　a）直接雷擊于外部電路（戶外），注入的大電流流過接地電阻或外部電路阻抗而產(chǎn)生電壓；

　　b）在建筑物內(nèi)、外導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)電壓和電流的間接雷擊（即云層之間或云層中的雷擊或擊于附近物體的雷擊，這種雷擊產(chǎn)生的磁場）；

　　c）附近直接對地放電地雷電入地電流耦合到設(shè)備組接地系統(tǒng)的公共接地路徑。當(dāng)保護裝置動作時，電壓和電流可能發(fā)生迅速變化，并可能耦合到內(nèi)部電路。

　　4.4.2 浪涌沖擊測試及相關(guān)要求

　　不同的電子、電氣產(chǎn)品標準對浪涌（沖擊）抗擾度試驗的要求是不同的，但這些標準關(guān)于浪涌（沖擊）抗擾度試驗大多都直接或間接引用 GB/T17626.5-1999 （idt IEC 61000-4-5:1995）：《電磁兼容 試驗和測量技術(shù) 浪涌（沖擊）抗擾度試驗》這一國家電磁兼容基礎(chǔ)標準，并按其中的試驗方法進行試驗。下面就簡要介紹一下該標準的內(nèi)容、試驗方法及相關(guān)要求。

　　4.4.2.1 適用范圍：

　　適用于電氣和電子設(shè)備在規(guī)定的工作狀態(tài)下工作時，對由開關(guān)或雷電作用所產(chǎn)生的有一定危害電平的浪涌（沖擊）電壓的反應(yīng)。該標準不對絕緣物耐高壓的能力進行試驗。該標準不考慮直擊雷。

　　4.4.2.2 試驗內(nèi)容：

　　對電氣和電子設(shè)備的供電電源端口、信號和控制端口在受到浪涌（沖擊）干擾時的性能進行評定。

　　4.4.2.3 試驗?zāi)康模?/strong>

　　評定設(shè)備在遭受到來自電力線和互連線上高能量浪涌（沖擊）騷擾時產(chǎn)品的性能。

　　4.4.2.4 試驗發(fā)生器

　　a）信號發(fā)生器的特性應(yīng)盡可能地模擬開關(guān)瞬態(tài)和雷擊瞬態(tài)現(xiàn)象；

　　b）如果干擾源與受試設(shè)備的端口在同一線路中，例如在電源網(wǎng)絡(luò)中（直接耦合），那么信號發(fā)生器在受試設(shè)備的端口能夠模擬一個低阻抗源；

　　c）如果干擾源與受試設(shè)備的端口不在同一線路中（間接耦合），那么信號發(fā)生器能夠模擬一個高阻抗源。對于不同場合使用的產(chǎn)品及產(chǎn)品的不同端口，由于相應(yīng)的浪涌（沖擊）瞬態(tài)波形，各不相同，因此對應(yīng)的模擬信號發(fā)生器的參數(shù)也各不相同。

　　圖17：浪涌（沖擊）信號電壓及電流波形

　　例如：對交流電源端口，通常采用的是1.2/50μs （8/20μs）組合波信號發(fā)生器；對電信端口，通常采用的是10/700μs 的符合CCITT 要求的試驗信號發(fā)生器。浪涌（沖擊）波形見圖17 所示。

　　4.4.2.5 試驗方法

　　浪涌（沖擊）測試一般應(yīng)在線進行。

　　測試時，應(yīng)根據(jù)不同的端口選擇對應(yīng)的波形發(fā)生器和相應(yīng)的耦合/去耦單元，同時也應(yīng)注意不同狀態(tài)下的信號源內(nèi)阻選擇。

　　4.4.2.6 試驗等級及其選擇：

　　試驗等級應(yīng)根據(jù)安裝情況來選擇。

　　對較高等級測試時，試驗應(yīng)滿足該表所列的較低等級。

　　對具體的產(chǎn)品來說，試驗等級選擇往往已在相應(yīng)的產(chǎn)品或產(chǎn)品族標準中加以規(guī)定。

　　4.4.2.7 試驗環(huán)境

　　該標準規(guī)定的環(huán)境條件：

　　環(huán)境溫度：15℃~35℃、相對濕度：10%~75%RH、大氣壓力：86kPa~106kPa

　　4.4.2.8 試驗布置

　　圖 18、圖19 是交/直流電源端浪涌（沖擊）差模和共模試驗配置示意圖。

　　圖18：用于電源端浪涌（沖擊）試驗配置（差模方式）

　　圖19：用于電源端浪涌（沖擊）試驗配置（共模方式）

　　4.4.2.9 試驗實施

　　電源、信號和其他功能電量應(yīng)在其額定的范圍內(nèi)使用，并處于正常的工作狀態(tài)。

　　根據(jù)要進行試驗的EUT 的端口類型選擇相應(yīng)的試驗試驗波形發(fā)生器和耦合單元及相應(yīng)的信號源內(nèi)阻。

　　使受試設(shè)備處于典型工作條件下，根據(jù)受試設(shè)備端口及其組合，依次對各端口施加沖擊電壓，。

　　每種組合應(yīng)針對不同脈沖極性進行測試，兩次脈沖間隔時間不少于1min。

　　對電源端子進行浪涌測試時，應(yīng)在交流電壓波形的正、負峰值和過零點分別施加試驗電壓。

　　對電源線和信號線應(yīng)分別在不同組合的共模和差模狀態(tài)下施加脈沖沖擊。

　　每種組合狀態(tài)至少進行5 次脈沖沖擊。

　　若需滿足較高等級的測試要求，也應(yīng)同時進行較低等級的測試，只有兩者同時滿足，我們才認為測試通過。

　　不同的產(chǎn)品或產(chǎn)品族標準對試驗的實施可能根據(jù)產(chǎn)品的特點有特定的規(guī)定。

　　4.4.2.10 試驗結(jié)果

　　若電快速速變脈沖群測試通不過，可能產(chǎn)生如下后果：

　　（1）引起接口電路器件的擊穿損壞。

　　（2）造成設(shè)備的誤動作。

　　4.4.3 導(dǎo)致浪涌沖擊抗擾度試驗失敗的原因

　　浪涌脈沖的上升時間較長，脈寬較寬，不含有較高的頻率成分，因此對電路的干擾以傳導(dǎo)為主。主要體現(xiàn)在過高的差模電壓幅度導(dǎo)致輸入器件擊穿損壞，或者過高的共模電壓導(dǎo)致線路與地之間的絕緣層擊穿。由于器件擊穿后阻抗很低，浪涌發(fā)生器產(chǎn)生的很大的電流隨之使器件過熱發(fā)生損壞。

　　對于有較大平滑電容的整流電路，過電流使器件損壞也可能是首先發(fā)生的。例如，對開關(guān)電源的高壓整流濾波電路而言，浪涌到來時，整流電路和平滑電容提供了很低的阻抗，浪涌發(fā)生器輸出的很大的電流流過整流二極管，當(dāng)整流二極管不能承受這個電流時，就發(fā)生過熱而燒毀。隨著電容的充電，電容上的電壓也會達到很高，有可能導(dǎo)致電容擊穿損壞。

　　4.4.4 通過浪涌抗擾度試驗應(yīng)采取的措施

　　雷擊浪涌試驗有共模和差模兩種，因此浪涌吸收器件的使用要考慮到與試驗的對應(yīng)情況。為保證使用效果，浪涌吸收器件要用在進線入口處。由于浪涌吸收過程中的 di/dt 特別大，在器件附近不能有信號線和電源線經(jīng)過，以防止因電磁耦合將干擾引入信號和電源線路。此外，浪涌吸收器件的引腳要短；吸收器件的吸收容量要與浪涌電壓和電流的試驗等級相匹配。

　　雷擊浪涌試驗的最大特點是能量特別大，所以采用普通濾波器和鐵氧體磁芯來濾波、吸收的方案基本無效，必須使用氣體放電管、壓敏電阻、硅瞬變電壓吸收二極管和半導(dǎo)體放電管等專門的浪涌抑制器件才行。

　　浪涌抑制器件的一個共同特性就是阻抗在有浪涌電壓與沒浪涌電壓時不同。正常電壓下，它的阻抗很高，對電路的工作沒有影響，當(dāng)有很高的浪涌電壓加在它上面時，它的阻抗變得很低，將浪涌能量旁路掉這類器件的使用方法是并聯(lián)在線路與參考地之間，當(dāng)浪涌電壓出現(xiàn)時，迅速導(dǎo)通，以將電壓幅度限制在一定的值上。

　　壓敏電阻、瞬態(tài)抑制二極管和氣體放電管具有不同的伏安特性，因此浪涌通過它們時發(fā)生的變化不同，圖20 對浪涌通過這三種器件時的變化進行了比較。

　　圖20：浪涌沖擊通過不同的抑制器件時的電壓波形示意圖

　　4.4.4.1 壓敏電阻

　　當(dāng)壓敏電阻上的電壓超過一定幅度時，電阻的阻值大幅度降低，從而浪涌能量泄放掉。在浪涌電壓作用下，導(dǎo)通后的壓敏電阻上的電壓（一般稱為鉗位電壓），等于流過壓敏電阻的電流乘以壓敏電阻的阻值，因此在浪涌電流的峰值處鉗位電壓達到最高。

　?。?）優(yōu)點：峰值電流承受能力較大，價格低。

　?。?）缺點：鉗位電壓較高（取決于最大浪涌電流），一般可以達到工作電壓的2～3 倍，因此電路必須能承受這么高的浪涌電壓。另外，壓敏電阻隨著受到浪涌沖擊次數(shù)的增加，漏電流增加。如果在交流電源線上應(yīng)用會導(dǎo)致漏電流超過安全規(guī)定的現(xiàn)象，嚴重時，壓敏電阻會因過熱而爆炸。壓敏電阻的其他缺點還有：響應(yīng)時間較長，寄生電容較大。

　?。?）適用場合：直流電源線、低頻信號線，或者與氣體放電管串聯(lián)起來用在交流電源線上。

　　4.4.4.2 瞬態(tài)抑制二極管（TVS）

　　當(dāng) TVS 上的電壓超過一定幅度時，器件迅速導(dǎo)通，從而將浪涌能量泄放掉。由于這類器件導(dǎo)通后阻抗很小，因此它的鉗位電壓很平坦，并且很接近工作電壓。

　?。?）優(yōu)點：響應(yīng)時間短，鉗位電壓低（相對于工作電壓）。

　　（2）缺點：由于所有功率都耗散在二極管的PN 結(jié)上，因此它所承受的功率值較小，允許流過的電流較小。一般的TVS 器件的寄生電容較大，如在高速數(shù)據(jù)線上使用，要用特制的低電容器件，但是低電容器件的額定功率往往較小。

　?。?）適用場合：浪涌能量較小的場合。如果浪涌能量較大，要與其他大功率浪涌抑制器件一同使用，TVS 作為后級防護。

　　4.4.4.3 氣體放電管

　　當(dāng)氣體放電管上的電壓超過一定幅度時，器件變?yōu)槎搪窢顟B(tài)，阻抗幾乎為零。這種導(dǎo)通原理與控制電感性負載的開關(guān)觸點被擊穿的原理相同，只是這里兩個觸點之間的距離和氣體環(huán)境是控制好的，可使擊穿電壓為一個確定值。氣體放電管一旦導(dǎo)通后，它上面的電壓會很低。

　?。?）優(yōu)點：承受電流大，寄生電容小。

　?。?）缺點：響應(yīng)時間長。另外，由于維持它導(dǎo)通所需要的電壓很低，因此當(dāng)浪涌電壓過后，只要加在氣體放電管上的電壓高于維持電壓，它就會保持導(dǎo)通，在交流場合應(yīng)用時，只有當(dāng)交流電過零點時，它才會斷開，因此會有一定的慣用電流。由于跟隨電流的時間較長，會導(dǎo)致放電管觸點迅速燒毀，從而縮短放電管的壽命。

　?。?）適用場合：信號線或工作電壓低于導(dǎo)通維持電壓的直流電源線上（一般低于10V）；與壓敏電阻組合起來用在交流電源線上。

　　4.4.4.3 氣體放電管和壓敏電阻組合應(yīng)用

　　氣體放電管和壓敏電阻都不適合單獨在交流電源線上使用。氣體放電管的問題是它的電流效應(yīng)。壓敏電阻的問題是隨著受浪涌作用的次數(shù)增加交流漏電流增加。一個實用的方案是將氣體放電管與壓敏電阻串聯(lián)起來使用。如果同時敏電阻上并聯(lián)一個電容，浪涌電壓到來時，可以更快地將電壓加到氣體放電管上，縮短導(dǎo)通時間。

　　這種氣體放電管與壓敏電阻的組合除了可以避免上述缺點以外，還有一個好處就是可以降低限幅電壓值。在這里可以使用導(dǎo)通電壓較低（低于工作電壓）的壓敏電阻。從而可以降低限幅電壓值。該連接方式對浪涌電壓的抑制作用如圖21 所示。

　　圖21：氣體放電管和壓敏電阻串聯(lián)使用的效果

　　采用組合式保護方案能發(fā)揮不同保護器件的各自特點，從而取得最好的保護效果。浪涌經(jīng)過壓敏電阻和氣體放電管后，會殘留一個較窄的脈沖，這是由于氣體放電管導(dǎo)通點較高所致。由于這個脈沖較窄，因此很容易用低通濾波器濾除。實用的浪涌防護電路是在浪涌抑制器的后面加低通濾波器。

　　4.4.4.4 地線反彈的抑制

　　當(dāng)并聯(lián)型的浪涌抑制器發(fā)揮作用時，它將浪涌能量旁路到地線上。由于地線都是有一定阻的，因此當(dāng)電流流過地線時，地線上會有電壓。這種現(xiàn)象一般稱為地線反彈。

　　地線反彈對設(shè)備的影響如下：

　?。?）浪涌抑制器的地與設(shè)備的地不在同一點，設(shè)備的線路實際上沒有受到保護，較高的浪源電壓仍然加到了設(shè)備的電源線與地之間。解決辦法是在線路與設(shè)備的外殼（地）之間再并聯(lián)一只浪涌抑制器。

　?。?）浪涌抑制器的地與設(shè)備的地在同一點，這時，該臺設(shè)備的線路與地之間沒有浪涌電壓，受到了保護，但是如果這個設(shè)備與其他設(shè)備連接在一起，另一臺設(shè)備就要承受共模電壓。這個共模電壓會出現(xiàn)在所有連接設(shè)備1 與設(shè)備2 的電纜上。解決的方法是在互連電纜的設(shè)備2 一端安裝浪涌抑制器。

　　4.4.4.5 浪涌抑制器件的正確使用

　　需要注意的是，浪涌抑制器件的壽命不是永久的，總會失效。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，應(yīng)該便于更換浪涌抑制器件。并且，當(dāng)浪涌抑制器件失效時，應(yīng)該有明顯的顯示，提醒維護人員進行更換。浪涌抑制器件的失效模式一般為短路，這可以稱為安全模式。因為當(dāng)浪涌抑制器短路時，線路會出現(xiàn)故障，從而提醒維修人員更換浪涌抑制器。但是，也有開路失效模式的可能性，這時往往會給設(shè)備帶來潛在危險，因為設(shè)備會直接處于沒有保護的狀態(tài)下。