第4講-電磁干擾隔離及抑制技術幻燈片

電磁干擾濾波技術

濾波和屏蔽對于一個設備而言相當于自行車的兩個輪 子，只有同時存在，才能起作用 電源線濾波器:消除傳導干擾，限制輻射干擾發(fā)射 信號線濾波器：主要消除輻射干擾，同時消除傳導干擾 根據所要求的插入損耗和濾波器兩端電路的阻抗確定濾 波器的電路結構

EMI濾波器與傳統(tǒng)濾波器的區(qū)別，一個是與濾波器連接的

電路的阻抗不定，另一個是干擾濾波器要工作在很寬的 頻率范圍內 吸收濾波器和反射濾波器電磁干擾濾波技術

使用三端電容或穿心電容可以大幅度改進電容高頻特性 濾波器中使用的電感、電容都不是理想器件，這導致濾 波器的性能與所設計的相差甚遠 鐵氧體磁芯通過高頻損耗抑制電磁干擾 電源線濾波器的高頻特性也是十分重要的 電源線濾波器的安裝方式對其效果影響很大電磁干擾隔離及抑制技術

平衡電路 隔離元件 光電隔離 保護器件、保護電路 多極保護效果分析 觸點開關噪聲及其抑制CopyrightbyProf.He,JinliangofTHUEMEtech,TsinghuaUniversity,Beijing,China瞬態(tài)干擾對設備的威脅

靜電放電

靜電放電電快速脈沖 浪涌電源端口信號端口靜電放電

浪涌電快速脈沖幾種主要電磁暫態(tài)騷擾類型脈沖上升時間能量電壓（負載阻抗高）電流（負載阻抗低）

電快速脈沖 5ns中等（單個） 10kV以下 幾十安

電涌

μs級 高10kV以下 kA級

靜電放電 <1ns 低 15kV以上人體放電電流幾十安裝置放電可達數(shù)百安電磁干擾隔離

抗干擾變壓器 平衡變壓器 光電耦合抗干擾變壓器

傳輸?shù)碗娖叫盘柕淖儔浩魅菀资芡饨绱艌龅母蓴_作用 抗干擾變壓器一般指變壓器采用環(huán)形磁路和對稱繞組， 以提高抗磁場干擾的能力 兩個繞組的繞向相同，其中一對同名端相接，另一對同 名端作為引出端 外磁場的干擾不呈現(xiàn)在引出端

隔離變壓器

隔離變壓器一般指變比為1:1的變壓器 除自耦變壓器外的任何變壓器都提供初次級間的隔離 隔離接地環(huán)路

不能用于直流信號傳輸，對直流可以迅速減小到0dB 對地線中的低頻干擾具有較好的抑制作用 電路單元間傳輸?shù)男盘栯娏髦辉谧儔浩骼@組連線中流 過，不流經地線，可避免對其他電路的干擾對直流電路和頻率很低（如低于50Hz）的電路不適用的光電耦合器

發(fā)光二極管把電路1信號電流變成強弱不同的光信號 由光電三極管將強弱不同的光轉換成相應的電流

電流與發(fā)光強度的線性度差，傳輸模擬信號易失真 在數(shù)字脈沖電路中得到廣泛應用光電耦合器光電耦合裝置

寄生電容2pF輸入輸出間耦合電容電容量(pF)C1C

0.7C2C

0.6C1B0.7C2B0.7C1E

0.6C2E0.7光電傳輸系統(tǒng)

信號線經過電磁環(huán)境比較惡劣的地區(qū)可采用光電傳輸 組成：電光轉換元件，光纜，光電轉換元件

光電傳輸系統(tǒng)不受環(huán)境電磁場（包括雷電、和電磁脈 沖）的影響 另外光纖系統(tǒng)本身不輻射干擾

存在的問題：外界EMF作用時的橫向電位差光電傳輸系統(tǒng)

變電所監(jiān)控系統(tǒng)瞬時干擾的時間回避防護方法

瞬變干擾的保護有如下三類方法

電壓甄別 頻率甄別 狀態(tài)甄別 電路的正常工作狀態(tài) 出現(xiàn)瞬變干擾狀態(tài)瞬時干擾的時間回避防護方法

瞬時干擾出現(xiàn)時暫時中止工作，干擾過后再恢復工作 主動的時間回避方法：信號和干擾的出現(xiàn)時間有確定的關 系時

這在核測試時常常采用

被動的時間回避方法：瞬時干擾出現(xiàn)時間無確定規(guī)律

在瞬時干擾前期征兆出現(xiàn)時高速電子開關將所有通道 切斷，暫停工作。將存貯的信息迅速轉移至存貯器中 衛(wèi)星、航天飛行器、飛行中的導彈的電子系統(tǒng)防護瞬時干擾保護電路

主要組成部分

高靈敏度的傳感器及高速電子開關

高靈敏度傳感器包括傳感器及信號甄別

傳感器用以拾取干擾的信號 而甄別器用于識別早期干擾信號 高速開關則用以執(zhí)行對電路狀態(tài)的甄別，ns級電涌保護器件

氣體放電管（放電間隙、火花間隙） 氧化鋅壓敏電阻（MOV） 齊納TVS二極管（雪崩、齊納二極管）

TVS晶閘管（固體放電管）氣體放電管

密封于放電介質中放電間隙 放電管的基本工作原理是氣體放電氣體放電管

主要電氣參數(shù)

直流擊穿電壓

在放電管極間施加緩慢上升的致使放電管擊穿時刻 的直流電壓，亦稱“直流點火電壓”

沖擊擊穿電壓

對放電管施加一定上升速率的單次沖擊電壓，致使 放電管擊穿時刻的電壓值放電管主要電氣參數(shù)

沖擊放電電流

通過放電管的沖擊電流峰值

8/20μs波形時相隔3min，共10次

交流放電電流

通過放電管放電間隙的交流電流（有效值） 持續(xù)時間為1s時相隔3min，共10次

絕緣電阻:

指放電管未放電時的極間電阻

電容

在一定頻率下（1MHz）下測得的極間電容值氣體放電管

特點

通流容量大 極間電容小 關斷時的極間阻抗大 價格低廉.響應速度慢.一般為10-6s

放電管開始放電時di/dt很大，可達1011A/s

放電后很難關斷 使用中存在老化現(xiàn)象，壽命有限

使用場合

初級保護，高頻信號氧化鋅壓敏電阻

工作原理 氧化鋅壓敏電阻是一種以氧化鋅為主要成分的金屬氧化 物半導體非線性電阻氧化鋅壓敏電阻

特點

通流容量大 響應速度快，理論上可達10-9s

放電后無續(xù)流 價格低 極間電容大 使用中存在老化現(xiàn)象 使用場合 初級、次級保護，低頻信號氧化鋅壓敏電阻齊納TVS二極管

是一種專門用于抑制過電壓的齊納二極管 核心部分是具有較大截面積的硅PN結，該PN結工作在雪 崩狀態(tài)，具有較強的脈沖吸收能力齊納TVS二極管

特點

箝位電壓低 響應速度快，理論上可達10-12s

使用中不存在明顯的老化現(xiàn)象 多次脈沖承受能力強 單次脈沖承受能力相對較弱 電壓低的產品具有較大的極間電容

使用場合

適用于半導體器件的過電壓保護TVS晶閘管

一種門極由雪崩二極管控制的可控硅型

TVS器件

當極間加正向電壓時，兩個PN結處于正向 偏置狀態(tài)，另一PN結處于反向偏置狀態(tài)， 此時的TVS晶閘管如一個反向偏置二極管， 泄漏電流由NP結決定 當電壓增加時，NP結工作于雪崩狀態(tài)，此 時，TVS晶閘管處于導通狀態(tài)，性能如一個 正向PN結

TVS晶閘管先由NP雪崩機理起作用，當雪

崩電流足夠大時，可控硅開通，由正向偏置 的PN結起作用。這一急劇短路的過程與放 電管類似TVS晶閘管

特點

響應速度快，理論上可達10-12s

使用中不存在明顯的老化現(xiàn)象 泄漏電流小 極間電容小 在直流電路中關斷比較困難 關斷時存在時延

使用場合

數(shù)據傳輸和通訊中初級、次級保護 直流電路和交流電源系統(tǒng)，關斷困難保護器件的比較瞬態(tài)干擾抑制器件比較壓敏電阻鉗位不緊1000 500 220浪涌電壓瞬態(tài)抑制二極管

氣體放電管電流容量不大P6KE**CA 有續(xù)流電涌保護電路

作為電涌保護電路，應具備如下特性

對過載電壓應有好的鉗位能力，被保護兩端應 接近系統(tǒng)的最大工作電壓 保護電路應有強的分流能力，使保護電路吸收 最嚴重情況下的瞬變過程能量而不致?lián)p壞 保護電路對過載電壓應有快速響應時間，對于

NEMP的響應時間要求小于1ns電涌保護電路

作為電涌保護電路，應具備如下特性

在正常工作時保護電路對系統(tǒng)的影響可忽略不計 并聯(lián)電阻應足夠大，而串聯(lián)電阻和并聯(lián)電容充分 小 瞬變過程保護電路也應能對持續(xù)不斷或連續(xù)的過載 過程起保護作用而不致?lián)p壞本身 可恢復:瞬變過程防護電路在瞬變過程結束后即應 恢復正常，不應是一次性的 保護電路應體積小。價廉，易于維護浪涌保護器分類

電壓開關型voltageswitchingtypeSPD：

在無電涌時呈現(xiàn)高阻抗，當出現(xiàn)電壓電涌時 其突變?yōu)榈妥杩?/p>

限壓型voltage-clamping-typeSPD

組合型電涌combination-typeSPD

由電壓開關型組件和限壓型組件組合而成電涌保護非平衡線路信號通道輸入端的保護

電阻的作用

TVS二極管是用以保護負載，而放電管是用于保護 TVS二極管

TVS二極管的反向擊穿電壓為Vd，放電管之直流擊穿電壓為VG，P為 TVS二極管之最大穩(wěn)態(tài)功率額定值，則限制電阻R1R1=(VG?Vd)Vd

P平衡線路信號通道輸入端的保護

三電極放電管，平衡線路特別需要電感L，因為三 電極放電管的擊穿電至少是300V。要保持平衡線

路的結構