1、精選優質文檔-傾情為你奉上本文簡述了電氣和電子設備電磁兼容性能測試的幾方面內容及應對策略。電氣和電子設備電磁兼容測試主要包括五大方面內容：靜電放電抗擾度測試；電快速瞬變脈沖群抗擾度測試；浪涌（沖擊）抗擾度測試；電壓暫降和短時中斷抗擾度測試；EMC射頻傳導抗擾度測試。這五項測試結果基本能反映被測試電氣和電子設備的電測兼容性能，即自身抗電磁干擾能力。一、 靜電放電抗擾度測試1、靜電的危害從本質上講,靜電放電是指帶電體周圍的場強超過周圍絕緣介質的擊穿場強時,因介質產生電離而使帶電體上的電荷部分或全部消失的現象。相對被研究的物體來說,靜電放電（ESD）可以分為直接放電和間接放電。直接放電產生的直接損傷

2、是由于靜電放電電流產生的焦爾熱形成熱效應或靜電荷產生的電場通過電容耦合感應電壓而導致的電介質擊穿。間接損傷則是由間接放電時輻射電磁場形成的瞬態電磁干擾或損傷。目前，靜電放電產生的電磁干擾源對電子產品來說是一種重要的危害源。靜電帶電體周圍形成的強電場可以使MOS場效應器件柵氧化層擊穿或金屬化線間介質擊穿,造成電路失效；ESD輻射場多次輻照可在半導體器件中造成潛在失效，導致電路和設備可靠性降低；此外，快速瞬變的電磁場可以在電路中感應電壓，在低壓電路中形成過電壓或過電流導致電子設備的損傷。電磁脈沖場直接作用于LCM的驅動芯片，就會形成邏輯干擾、硬損傷或潛在失效。其表現為驅動IC被死鎖、強制復位、亂碼

3、顯示等情況，嚴重的會徹底損壞。2、測試方法測試依據：GB/T17626.2-2006。對防護殼的外露螺釘、機殼導電面進行接觸放電。放電電平依據實驗等級確定，用1次/秒的方式, 對懷疑放電點至少進行10次放電。對操作者在使用中可觸及的操作面板、操作按鍵等進行空氣放電。放電電平依據實驗等級確定，先用20次/秒的方式先預掃放電一遍。再對懷疑放電點以1次/秒進行10次放電。測試簡圖如圖1所示。 圖1 靜電放電抗擾度測試簡圖3、應對策略電磁能量的傳輸方式有兩種:傳導傳輸方式和輻射傳輸方式。因此,從被干擾的敏感器件或設備來看,電磁能量的藕合可分為傳導耦合和輻射耦合兩類。傳導傳輸是指在電磁源和敏感器件之間有

4、完整的電路連接時,電磁信號沿著連接電路傳遞到敏感器件而發生作用。根據連接電路的不同,傳導耦合可分為三類:電阻性耦合、電容性耦合、電感性耦合。輻射傳輸是通過空間以電磁波的形式向周圍空間輻射能量。針對這兩種傳輸方式，靜電防護手段主要有屏蔽、濾波、接地、端口增加防護網絡等。1） 屏蔽所謂屏蔽是用導電或導磁體的封閉面將內外兩側空間進行的電磁性隔離。金屬屏蔽體對電磁場的屏蔽原理主要是反射和吸收作用。由于電磁波在空間傳播的波阻抗和在金屬中的波阻抗相差很大,因此電磁波到達空間和金屬界面時會產生反射。電磁波在穿透屏蔽中的能量損耗主要是由渦流引起。對輻射電磁脈沖場來說,屏蔽是一種十分有效的防護方法。但是,靜電放

5、電電磁脈沖做為一種近場危害源,有其自身的特點,因而對屏蔽提出了一定的要求。靜電放電輻射場近場中既有較高的電場峰值,同時也有較高的磁場峰值,而且具有極寬的頻率范圍,因此對靜電放電電磁脈沖場的屏蔽應為電磁屏蔽。這就要求屏蔽體的材料既要有較好的電導率,同時還要有較好的磁導率,通常采用組合屏蔽,可用鐵鍍鉛錫合金、鐵鍍銅或鐵鍍銅再鍍銀等,也可以把銅皮一鐵皮一銅皮緊緊接合在一起,構成組合屏蔽技術。在單層屏蔽增加屏蔽層厚度不能滿足要求時,還可以用采用雙層屏蔽。雙層屏蔽時,兩層之間必須隔離絕緣,否則起不到雙層屏蔽的作用,靠近源的屏蔽層應采用稍低磁導率,高飽和電平的材料,以避免磁飽和,而第二層則采用高磁導率的材

6、料。通常內屏蔽及印制電路板浮地,必要時內屏蔽可以采用靜電接地,外屏蔽體必須有效地接系統地。由于靜電放電產生的電磁脈沖場具有寬頻帶特性,這就意味著它能通過較小的孔縫耦合到屏蔽體內,對內部的電子線路形成干擾。因此,要求屏蔽體有較高的屏蔽完整性。由于電源及信號的輸入輸出或出于散熱等的需要,電子設備總會出現一些孔縫,這些縫隙會破壞了屏蔽體的完整性。為此,應采取相應措施。對于孔洞可用金屬帽、金屬網、鑿孔金屬板蓋上,為了保證良好接觸即減小縫隙,應清除絕緣涂覆層,可用螺釘、螺栓或鉚釘等緊固,必要時連續熔焊或銅焊,加彈性墊片或EMI型襯墊(防電磁墊圈)。此外,還應合理安排內部電子線路的布置,并與接地、濾波等措

7、施結合起來使用。在進入屏蔽體的入口處,采用穿心電容、加裝磁心、濾波器等方式消除電磁干擾。穿心電容和磁珠對高頻噪聲能有效地抑制,也可以將兩者結合起來使用。2） 端口防護在被保護對象之前并聯一組保護電路或器件,當電路中出現因電磁脈沖耦合產生的瞬態過電壓時,保護電路先行擊穿,吸收電磁脈沖的大部分能量并轉化為其它形式,將被保護元器件兩端的電壓控制在其能承受的范圍內。靜電放電瞬態電磁脈沖源的特點是:上升沿極陡,頻譜極寬;幅值很高;作用時間短,峰值功率很大。因此,瞬態電磁脈沖引起的過電壓保護器件必須有極快的響應速度、較高的耐壓能力和較大的通流量,同時還應具有自恢復能力。從響應特性來看,過電壓保護器件有硬響

8、應特性和軟響應特性元件兩種。硬響應特性元件在工業CE標準中稱為電壓開關型。這種保護器件在沒有過電壓時呈現出高阻抗,但一旦響應瞬態過電壓時其阻抗就突變為低值,它又稱為“克羅巴型”。如火花隙和氣體放電管(GDTs)。由于此類元件開關電壓較高,一般用于電氣設備中。軟響應特性元件稱為限壓型(或箱壓型)。當沒有瞬態過電壓時為高阻抗,但隨電涌電壓和電涌電流的增加其阻抗會不斷地減小,常用的元件有齊納二極管、壓敏電阻(MOV)、瞬態抑制二極管(TVS)和電流型硅浪涌保護器件(CSSPD)。這類防護器體積相對較小,箱位電壓低,多用于電子電路中對低壓CE的保擴。下面介紹常見的幾種過電壓防護器件。瞬態抑制二極管（T

9、VS）TVS是一種Pn結器件,它是由從事電壓瞬變防護工作30年的美國學者RichardVnoBarandy(現任ProtekAdviees公司總裁)發明。該器件是利用pn結正向壓降和反向雪崩的特性制成的,有單向和雙向之分。當瞬變電壓超過其擊穿電壓時,其反向擊穿時呈典型的Pn結雪崩擊穿特性,阻抗立即降至很 低的導通值,允許大電流通過,并將電壓鉗位到預定水平,從而有效地保護電子線路的元器件,防止燒毀或損壞。TVS的最大優點是鉗位系數小。鉗位系數越小,防護瞬變電壓和浪涌的效果越好。此外,它還有體積小,響應時間極短(可達ps數量級)的優點,而且內阻非常小,可以把殘壓限制到很小的范圍內。目前國外已開發2

10、.8/3.SV低壓TVS,以適應低壓微處理器和CI的防護。因此,TVS二極管有著非常廣泛的應用范圍,在各種電路、傳輸線路及電器設備中,都可用作瞬態過電壓保護。它的缺點是電容量較大。選用時,主要是參考其工作電壓、響應速度及峰值功率。硅雙向浪涌吸收器(DSSA)其主要特點是：(a)具有雙向浪涌吸收特性,將一只DSSA并接于被保護設備的輸入信號線之間,則可吸收來自任一信號線上的瞬變過電壓。(b)電容量小,對數據接口電路的信號衰減很小。(c)浪涌電流容量大,從50A可到20OA。(d)瞬態過電壓響應速度快,與TVS一樣,為皮秒數量級。(e)導通電壓降小,浪涌吸收效果優異,與MOV和TVS相比,它由阻斷

11、躍變為導通之后幾乎相當于短路。(f)采用玻璃鈍化工藝,具有很高的可靠性。二、 電快速瞬變脈沖群抗擾度測試1、電快速瞬變脈沖群的危害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，由于開關觸點間隙的絕緣擊穿或觸點彈跳等原因，在斷開處產生的暫態騷擾。當電感性負載多次重復開關，則脈沖群又會以相應的時間間隙多次重復出現。這種暫態騷擾能量較小，一般不會引起設備的損壞，但由于其頻譜分布較寬，所以會對電子、電氣設備的可靠工作產生影響。電快速瞬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暫態騷擾影響時的性能。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

12、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、重復率和低能量。因此，該項目測試適用于那些交流市網供電的電子電氣產品。對那些由公共的長直流電源線供電的電子電氣產品和那些有電信端口和長的控制、信號端口的電子電氣產品的相應端口也應進行該項目測試，因為這些長的交/直流電源線和信號控制線在工作時可能會感應到周圍的設備產生的電快速瞬變脈沖干擾；同時，與公共的交/直流供電網絡共用電源的其他設備可能會產生電快速瞬變脈沖干擾傳輸到公共供電網絡，干擾同一供電網絡的其他設備。對那些不含電子電路的電氣設備，有些產品標準可能認為其肯定可以通過電快速瞬變脈沖群抗擾度測試，因此不再對其提出電快速瞬變脈沖群抗擾

13、度測試要求。電快速脈沖對設備影響的原因有三種。1）通過電源線直接傳導進設備的電源，導致電路的電源線上有過大的噪聲電壓。當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在電源的直流輸出端。當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變成差模電壓的成分很少，對電源的輸出影響并不大。2）干擾能量在電流線上傳導的過程中，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（如果發生這種情況，往往會在直接向信號電纜注入試驗脈沖時，導致試驗失敗）。3）干擾脈沖信號在電纜

14、（包括信號電纜和電源電纜）上傳輸時產生的二次輻射能量感應進電路，對電路形成干擾。2、測試方法測試依據：GB/T17626.4-2008。分別對電源線、信號線、控制線施加一定等級的電快速瞬變脈沖群，受試設備應能正常工作。測試簡圖如圖2、圖3所示。圖2 電源線電快速瞬變脈沖群抗擾度測試簡圖圖3 信號線、控制線電快速瞬變脈沖群抗擾度測試簡圖3、應對策略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

15、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。設備的外殼是金屬的情況這種情況是最容易的。因為外殼是金屬的，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，因此設備接地與否對試驗的結果一般沒有什么影

16、響。除了選擇高頻性能良好的濾波器以外，在安裝濾波器時，注意濾波器應靠近金屬外殼上的電源入口處，防止電源線二次輻射造成的干擾。設備外殼是非金屬的情況如果設備的外殼是非金屬的，必須在外殼底部加一塊金屬板，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。2）針對信號線、控制線試驗應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

17、入方式。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。如果設備的外殼是金屬的并是接地的設備，這個條件容易滿足。當設備的外殼是金屬的，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。如果外殼是非金屬外殼，則電纜屏蔽的方法就沒有什么效果。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，只有當電感量足夠大時，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（往往匝數較

18、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，需要注意調整扼流圈的匝數，必要時用兩個不同匝數扼流圈串聯起來，兼顧高頻和低頻的要求。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，但是需要金屬外殼作為濾波電容的地。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。對敏感電路局部屏蔽當設備的外殼為非金屬外殼，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。屏蔽體應該是一個完整的六面體。三、 浪涌（沖擊）抗擾度測試1、 浪涌的危害浪涌電壓是上突發的瞬間電壓變化，時間很短，一般

19、在幾十微秒，幅度可以達到數千伏。浪涌電壓是現代電網上最常見的電能質量問題之一，對現代化的自動控制設備和信息設備造成了嚴重的威脅。浪涌電壓的產生原因有兩個，一個是雷電，另一個是電網上的大型負荷接通或斷開(包括補償電容的投切)時產生的。其中，后者占到浪涌現象的80%以上。類似于電容投切浪涌這種內部電網上產生的浪涌電壓雖然十分頻繁，但是幅度較小，最大的危害是導致設備誤動作，很少導致設備損壞。但是雷電導致的浪涌電壓，其幅度很高，可能會導致電子設備的硬件損壞。2、 測試方法測試依據：GB/T17626.5-2008。該干擾施加在設備電源輸入端，干擾等級依據設備通用技術條件確定。測試簡圖如圖4所示。圖4

20、浪涌（沖擊）抗擾度測試簡圖3、應對策略浪涌干擾的最大特點是干擾源的內阻特別低，而干擾的能量又特別大，因此普通的濾波器和抗干擾磁芯對于浪涌干擾的抑制都無能為力，必須選用浪涌抑制器（SPD）。常用的浪涌抑制器有氣體放電管、金屬氧化物壓敏電阻、硅瞬變電壓吸收二極管和固體放電管等幾種。 氣體放電管 由于響應速度低、有后續電流、離散性大、檔次稀疏，適合于做一次粗保護。在交流或直流電源系統中使用時，必須要采取措施克服后續電流的有害影響。 壓敏電阻不同的容量可以用在不同地方（自一次粗保護至組合式保護器中的一次或二次保護）。但因靜電容大，不宜用在高頻電路。此外，還有過載老化問題（殘壓比提高及漏電流增加），使用

21、中要注意。硅瞬變電壓吸收二極管因電流荷載能力較差，但電壓檔次密，比較適合于做設備的板級保護。在多級保護中，常作為最后一級精細保護使用。由于有靜電容，在高速電路中使用應有特殊措施。固體放電管適合于做自網絡到設備及部件一級的一般保護。以上器件在一個系統中可組合使用，取長補短，發揮各自最大效能。四、 電壓暫降和短時中斷抗擾度測試1、電壓暫降和短時中斷的危害 電壓跌落、短時中斷是由電網、變電設施的故障或負荷突然出現大的變化所引起。在某些情況下會出現兩次或更多次連續的跌落或中斷。電壓變化是由連接到電網的負荷連續變化引起的。這些現象本質上是隨機的，其特征表現為偏離額定電壓并連續一段時間。電壓瞬時跌落和短時

22、中斷不總是突發的，因為與供電網絡相連的旋轉電機和保護元件有一定的反作用時間。如果大的電源網絡斷開（一個工廠的局限或一個地區中的較大范圍），電壓將由于有很多旋轉電機連接到電網上使之逐步降低。因為這些旋轉電機短期內將作為發電機運行，并向電網輸送電力，這就產生了電壓漸變。作為大多數數據處理設備，一般都有內置的斷電檢測裝置，以便在電源電壓恢復以后，設備按正確方式啟動。但有些斷電檢測裝置對于電源電壓的逐步降低卻不能快速做出反應，結果導致加在集成電路上的直流電壓已降低到最低運行電壓水平之下，由此造成了數據的丟失或改變，這樣，當電源電壓恢復時，該數據處理設備就不能正確啟動了。2、測試方法測試依據：GB/T1

23、7626.11-2008。該干擾施加在設備電源輸入端，干擾等級依據設備通用技術條件確定。測試簡圖如圖5所示。圖5 電壓暫降、短時中斷抗擾度測試簡圖3、應對策略使用開關電源是應對此類干擾的主要方法。 1）開關電源的電壓暫降抗擾性分析開關電源的恒輸入功率特性（負輸入阻抗特性）使得其電壓暫降抗擾性特別強壯。線路電壓降低時，輸入電流自動升高以維持輸出電壓（功率）不變，以保證負載正常工作。反之亦然。極寬的輸入電壓范圍這一特殊優點，使開關電源成了對付電壓暫降的“專家”。當然，線路電壓暫降太多（電壓過低）時，過高的輸入電流成了損壞電源的潛在危險。不過,合理的器件裕量設計和早已成熟的保護技術可使這些危險迎刃化

24、解。2）開關電源的短時中斷抗擾性分析開關電源電路中舍棄了工頻變壓器,而將市電直接整流濾波貯能,再經隔離變換,輸出整流濾波就可以獲得多種不同電壓電流檔次的直流輸出。此處的市電直接整流,高壓濾波方式給貯能電容的選擇帶來很大靈活性，濾波貯能電容可按公式（1）選取,其中I與電源設計功率直接相關,一般可視為恒定。U C=I×tU （1）在市電穩定時,一經設計選定也可視為恒定,此時電容C與維持提供電流時間t成正比關系, C取值大,若遇短時電源中斷,該電容提供貯能繼續維持輸出的時間必然長,即可明顯提高短時中斷抗擾性。當然C的取值也要遵從一定原則,不能無限取大,電容C取值越大,正常工作時整流管導通時

25、間就越短,但導通電流峰值越高,對電網產生的諧波干擾就越大,而且開機浪涌電流與正常工作電流差值也越大,燒壞電源的危險及解決這一問題的難度也越大。另外太大的電容又可能與線路引線電感產生諧振,破壞電源正常工作。在線性電源中,市電經工頻變壓器降壓、整流、到濾波貯能電容器上電壓通常是20 V至30 V 數量級。為獲得預定的濾波與貯能效果,C取值常為2000F數量級。而開關電源中直接整流到濾波電容上電壓是300V數量級,這樣為獲得同樣的濾波貯能效果,C取值200F即可。受同一電容取值原則限制,顯然開關電源貯能電容取值范圍要明顯大于線性電源。五、 EMC射頻傳導抗擾度測試1、 射頻傳導干擾的危害工作在各個頻段的射頻發射機,向空間發射電磁波形成的電磁場,是最典型的騷擾源。該電磁場可能作用在與被騷擾設備相連接的整個電纜上。雖然 被騷擾設備(多數是較大系統的一部分)的尺寸通常比騷擾信號頻率的波長短, 但是連接到被騷擾設備的輸入和輸出線,例如電源線、控制線、接口電纜等,其長度通常可能是幾個波長,因此其很可能成為無源的接收天線網絡。假定連接被騷擾設備的電纜網絡處于諧振的方式(/4和/2開路偶極子),連接到處于諧振方式的電纜網絡的敏感設備易受到電纜網絡上流過的騷擾電