電快速瞬變脈沖群形成的機理及其對電子產品的影響

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電快速瞬變脈沖群形成的機理及其對電子產品的影響

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。
一般認為電快速瞬變脈沖群之所以會造成設備的誤動作，是因為脈沖群對線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，便會引起線路乃至設備的誤動作。

電快速瞬變脈沖群測試及相關要求

不同的電子、電氣產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行試驗。下面就簡要介紹一下該標準的內容、試驗方法及相關要求。

試驗對象：

適用于在住宅區和商業區 /工業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。

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的性能進行評定。

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。試驗的要點是瞬變的短上升時間、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暫態騷擾影響時的性能。

試驗發生器
試驗發生器性能的主要指標有三個：單個脈沖波形、脈沖的重復頻率和輸出電壓峰值。

GB/T 17626.4 要求試驗發生器輸出波形應如圖 14， 15 所示。

圖 14：快速瞬變脈沖群概略圖

圖 15：接 50? 負載時單個脈沖的波形

試驗方法
對交/直流電源端子的選擇耦合 /去耦網絡來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：
表 2：試驗等級

試驗等級應根據下列情況來選擇：
----電磁環境； ---- 騷擾源與關心的設備的鄰近情況； ---- 兼容性裕度。

對具體的產品來說，試驗等級選擇往往已在相應的產品或產品族標準中加以規定。

試驗環境
該標準規定的環境條件：

環境溫度： 15℃~35℃、相對濕度： 25%~75%RH、大氣壓力： 86kPa~106kPa

試驗布置

標準對試驗布置也做出了詳細的規定，圖 16 所示為用于實驗室型式試驗的一般試驗配置示意圖。

L=耦合夾與 EUT 之間的距離，不應大于 1m；（A） =電源線耦合位置；（B）=信號線耦合位置

圖16：用于實驗室型式試驗的一般試驗配置

試驗實施
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。
根據要進行試驗的 EUT 的端口類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行測試，每種狀態的試驗持續時間不少于 1min。

不同的產品或產品族標準對試驗的實施可能根據產品的特點有特定的規定。

試驗結果

若電快速速變脈沖群測試通不過，可能產生如下后果：造成設備的誤動作。

導致電快速脈沖試驗失敗的原因
從脈沖群試驗主要是進行電源線和信號/控制線的傳導差 /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程中，會有一部分干擾從傳輸的線纜中逸出，這樣設備后面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間的脈沖串，因此它對電路的干擾有一個累積效應，大多數電路為了抗瞬態干擾，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。
電快速脈沖對設備影響的原因有三種，包括：
a）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。
b）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）。

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

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較為有效。下面根據端口的不同分別進行探討。

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。
a）設備的機箱是金屬的：
這種情況是較容易的。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。

針對信號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。
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。

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| 發布時間：2018.05.28 來源：充電器廠家

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