EMC安規(guī)測(cè)試及應(yīng)對(duì)方案.ppt

1、電力ONU測(cè)試總結(jié),EMC安規(guī)測(cè)試及應(yīng)對(duì)方案,李紹杰 2011-6,綱要,2,一、EMC的概念及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),電磁兼容EMC（Electromagnetic compatibility) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4365-1995電磁兼容術(shù)語(yǔ)對(duì)電磁兼容所下的定義為“設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力?！?3,電磁兼容的三要素,4,電視,收音機(jī),耦合途徑,220V,干擾源,敏感設(shè)備,干擾途徑主要是傳導(dǎo)和輻射及兩者的綜合,電磁兼容的設(shè)計(jì)方法,5,1系統(tǒng)設(shè)計(jì)法 2測(cè)試修改法,措施,成本,產(chǎn)品的生命周期,EMC設(shè)計(jì)是尋找折中原則,安全與電磁兼容的折中 成本與電磁兼

2、容的折中 產(chǎn)品上市時(shí)間與電磁兼容測(cè)試的折中 生產(chǎn)批量與電磁兼容設(shè)計(jì)方案的折中,6,EMC安規(guī)的種類,7,電源,其他： 機(jī)殼， 溫度等級(jí)等,業(yè)務(wù),交流電源,直流電源,232/485串口,網(wǎng)口,對(duì)象,浪涌沖擊 耐壓 電快速脈沖群 傳導(dǎo) 輻射 靜電 阻尼震蕩 交直流電源暫降 高低溫 ,EMC安規(guī)的標(biāo)準(zhǔn),浪涌沖擊GB/T 17626.4-2008 浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn) 耐壓電科院標(biāo)準(zhǔn) 電快速脈沖群GB/T 17626.4-2008 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn) 傳導(dǎo)GB/T 17626.6-2008 射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度試驗(yàn) 輻射GB/T 17626.3-2008 射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度試驗(yàn) 靜電

3、GB/T 17626.2-2006 靜電放電抗擾度試驗(yàn) 阻尼震蕩GB/T 17626.10-1998 阻尼振蕩磁場(chǎng)抗擾度試驗(yàn) 交流電源暫降GB/T 17626.11-2008 電壓暫降、短時(shí)中斷和電壓變化抗擾 度試驗(yàn) 直流電源暫降GB/T 17626.29-2006流電源輸入端口電壓暫降、短時(shí)中斷 和電壓變化的抗擾度試驗(yàn) 高低溫GB/T 2423.1/2 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) ,8,二、常用板級(jí)瞬態(tài)抑制器件介紹,瞬態(tài)抑制器件的類型和結(jié)構(gòu)按不同的用途有所不同，但它至少包含一個(gè)非線性電壓限制元件 我們常用的有氣體放電管（GDT）、壓敏電阻（MOV）、瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）等是電壓限制元器件。 他

4、們的工作原理相似，但是他們之間的通流量、動(dòng)作時(shí)間、級(jí)間電容、嵌位電壓、殘壓等有很大的差別。 非線性：電壓不隨電流的變化而變化,9,壓敏電阻的參數(shù),壓敏電壓：通過(guò)的電流是DC 1mA時(shí)的兩端電壓，通 俗講就是導(dǎo)通電壓 選取原則：直流時(shí)，V1mA1.5*（直流工作電壓） 交流時(shí)，比直流時(shí)擴(kuò)大 2 倍 殘壓：壓敏電阻在通過(guò)規(guī)定波形的大電流時(shí)其兩端 出現(xiàn)的最高峰值電壓。,10,壓敏電阻的選取及應(yīng)用,壓敏電阻雖能吸收很大的浪涌電壓能量，但是不能承受mA級(jí)以上的持續(xù)電流； 壓敏電阻的極間電容較大，高頻應(yīng)用的場(chǎng)合不宜使用； 壓敏電阻的漏電流較大，會(huì)隨工作時(shí)間的延長(zhǎng)和承受的浪涌沖擊的次數(shù)而不斷變大，所以使用時(shí)

5、要加保險(xiǎn)絲加以保護(hù)； 壓敏電阻的殘余電壓是其動(dòng)作電壓的2.53.5倍； 壓敏電阻的安全問(wèn)題： 在以往的應(yīng)用中，跨接在交流電源線上的壓敏電阻出現(xiàn)起火燃燒的問(wèn)題，“歐共體” 發(fā)布文件禁止使用，起火燃燒的現(xiàn)象是由于老化失效和瞬態(tài)浪涌電壓破壞的結(jié)果。,11,瞬態(tài)抑制二極管（TVS）,Tvs管是半導(dǎo)體硅材料制造的特殊二極管，它與電路并聯(lián)使用，電路正常時(shí)TVS管處于關(guān)斷狀態(tài)呈現(xiàn)高阻抗，當(dāng)有浪涌沖擊電壓時(shí)能以ns數(shù)量級(jí)的速度從高阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥杩刮绽擞抗β剩估擞侩妷和ㄟ^(guò)其自身到地，從而保護(hù)電路不受侵害。,12,TVS管的選取, TVS額定反向關(guān)斷電壓Vrwm應(yīng)大于或等于被保護(hù) 電路的最大工作電壓。 最小擊

6、穿電壓VBR= Vrwm /KBR (其中， KBR=0.80.9)。 TVS的最大箝位電壓VC應(yīng)小于被保護(hù)電路的損壞 電壓，即VC=KCVBR (其中，KC=1.3)。 在規(guī)定的脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)，TVS的最大峰值脈沖功耗PM必須大于被保護(hù)電路內(nèi)可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率。在確定了最大箝位電壓后，其峰值脈沖電流應(yīng)大于瞬態(tài)浪涌電流。,13,氣體放電管-GDT,氣體放電管 是一種開關(guān)型保護(hù)器件，主要利用放電管兩金屬極板間的氣體放電實(shí)現(xiàn)保護(hù)：當(dāng)兩極間電壓足夠大時(shí)，極間氣體間隙將被擊穿，由原來(lái)的高阻態(tài)轉(zhuǎn)化為低組態(tài)，類似短路，這樣就將能量釋放到大地中去。導(dǎo)電狀態(tài)下兩極間維持的電壓很低，一般在 20 50V ，

7、因此可以起到保護(hù)后級(jí)電路的效果。,14,氣體放電管使用注意事項(xiàng),要根據(jù)電路的“浪涌沖擊脈沖電壓”及“脈沖通流量”來(lái)選擇“氣體放電管” 1）由于GDT對(duì)雷電的響應(yīng)是以1KV/us的速度而上升的，對(duì)于“瞬態(tài)浪涌”來(lái)講“響應(yīng)速度” 較慢，殘余電壓較高，為可靠起見(jiàn)需要采用二級(jí)浪涌防護(hù)電路；（在一級(jí)和二級(jí)之間加上 “退偶”電路） 2）在交流電源線路使用必須考慮避免電源短路的問(wèn)題； 3）GDT的有效壽命較短，為保證可靠性要定期更換。 導(dǎo)通電壓選取原則：1.5*工作電壓,15,瞬態(tài)抑制器件選擇注意事項(xiàng),額定工作電壓：設(shè)計(jì)時(shí)允許長(zhǎng)期加在防護(hù)電路上，并 使保護(hù)器件不導(dǎo)通的電壓 標(biāo)稱通電電壓：在施加恒定1mA直流

8、電流情況下，保 護(hù)器件的啟動(dòng)電壓 標(biāo)稱放點(diǎn)電流：防護(hù)電路額定轉(zhuǎn)移過(guò)電流的能力，以 KA為單位，與測(cè)試波形有關(guān)； 沖擊通流容量：防護(hù)電路所能承受過(guò)電流而不導(dǎo)致?lián)p 壞的最大電流 響應(yīng)時(shí)間：防護(hù)電路對(duì)瞬態(tài)過(guò)電壓起控制作用所需要 的時(shí)間 殘壓（限制電壓）：防護(hù)電路對(duì)瞬態(tài)過(guò)電壓的電壓限制能力，是保護(hù)器件端子間呈現(xiàn)的電壓，在末級(jí)保護(hù)里，殘壓必須低于被保護(hù)器件的耐壓水平；,16,典型應(yīng)用電路,17,粗略保護(hù)器，例如： 火花隙氣體放電管，壓敏電阻，適應(yīng)于防雷等電位,退耦器 例如： 電阻 電感,精細(xì)保護(hù)器 例如: 抑制二極管 齊納二極管 適用于： 設(shè)備防過(guò)壓,在MOV將承受最大能量Emax之前，MOV的殘壓UR

9、ES和沖擊電感的電壓降LEDdi/dt 的總和必須超過(guò)火花間隙的動(dòng)作電壓UOV,三、電源EMC安規(guī)測(cè)試及整改,電源是EMC測(cè)試中一個(gè)最重要的環(huán)節(jié)，關(guān)于電源的測(cè)試項(xiàng)目也是最多的 我們?cè)陔娏υO(shè)備測(cè)試時(shí)遇到的主要的測(cè)試項(xiàng)目有浪涌，耐壓，快速瞬變脈沖群，傳導(dǎo)，阻尼震蕩、 電源暫降等 重點(diǎn)是浪涌和耐壓。,18,浪涌的測(cè)試方法,19,浪涌分共模和差模，共模就是線對(duì)地，差模就是線對(duì)線，我們一般要求共模4KV，差模2KV。,浪涌的測(cè)試方法,測(cè)試波形,20,開路電壓波形1.2/50us,短路電流波形8/20us,2者選其一。他們之間是等價(jià)關(guān)系，信號(hào)發(fā)生器的內(nèi)阻為2歐姆，所以，共模4kV和共模2KA是一個(gè)等級(jí)。,

10、耐壓的測(cè)試方法,電科院的規(guī)范是這樣描述的： 被測(cè)設(shè)備應(yīng)能承受頻率為50Hz，時(shí)間是1min的耐壓試驗(yàn) 而無(wú)擊穿、閃絡(luò)及元器件損壞的現(xiàn)象。 試驗(yàn)電壓選擇 測(cè)試方法：,21,交流電源：將L和N接在一起為一級(jí)，另一極為gnd-earth，在這兩級(jí)間加測(cè)試電壓，漏電流小于10mA,直流電源：將正極和負(fù)極接在一起為一級(jí)，另一極為gnd-earth，在這兩級(jí)間加測(cè)試電壓，漏電流小于10mA,應(yīng)對(duì)方案,單純的交流防浪涌電路： 為什么是470呢？ 這個(gè)電路有什么缺點(diǎn)呢？,22,220*1.5*2470,耐壓的防護(hù)方案,單純的耐壓只需要做好隔離就能過(guò)，主要是 gnd和gnd-earth之間的安全距離 L、N（交

11、流）/電源正負(fù)極（直流）與gnd-earth之間的安全距離 信號(hào)與gnd-earth之間的安全距離，尤其是對(duì)于非隔離電源方案 100mil=2000V的耐壓隔離度,23,機(jī)殼與所有信號(hào)的安全距離,但是，我們要同時(shí)過(guò)耐壓和浪涌,電力設(shè)備要求浪涌和耐壓要同時(shí)滿足，不能拆加器件 浪涌是“主通”的 耐壓是“主隔”的,24,矛盾,如何調(diào)和？,分析,我們還是來(lái)看一下這個(gè)電路 目前的耐壓是（470+470）/2 =594V,25,主要原因是氣體放電管和壓敏電阻的耐壓不到2000V，使氣體放電管提前導(dǎo)通了。,整改,26,只需要將壓敏和氣體放電管的耐壓加起來(lái)超過(guò)2000就可以了 （470+1800+330+47

12、0）/2=21712000V.,OK,他山之石，可以攻玉,27,直流電源的耐壓和防浪涌,28,兩級(jí)防雷 退耦網(wǎng)絡(luò) 兼顧防雷和耐壓（470+600）/2=756500 考考你： 電感值改如何選?。?四、業(yè)務(wù)口的EMC安規(guī)測(cè)試及方案,我司產(chǎn)品的業(yè)務(wù)口需要做安規(guī)的主要有兩種： 網(wǎng)口和串口 網(wǎng)口的主要指標(biāo)是：防浪涌和耐壓，快速瞬變脈沖 群，傳導(dǎo)，靜電等 串口的主要指標(biāo)有：浪涌，耐壓，ESD。,29,網(wǎng)口的防浪涌測(cè)試及方案,測(cè)試方法和電源的是一樣的，不同的地方是電源是直接將沖擊波形（10/700uS）加到電源線上，而網(wǎng)口需要增加一個(gè)耦合器，否則會(huì)打壞設(shè)備。,30,將4根信號(hào)線接在一起對(duì)地打，只做共模，不

13、做差模。,10/700S為通信線路中感應(yīng)出的雷電壓波形，表示從零值上升至峰為時(shí)間為10ms , 下降至峰值的一半為700S,網(wǎng)口防浪涌的應(yīng)對(duì)方案,75歐姆電阻沒(méi)有了 RJ45側(cè)加了磁珠放置EMI 只需一個(gè)氣體放電管和變壓器的耐壓能力就能過(guò)4KV的共模測(cè)試 如果需要做差模防護(hù)，就在信號(hào)之間加一個(gè)TVS管-SLVU2.8-4.T,31,POK,OK,網(wǎng)口的耐壓,根據(jù)規(guī)范，網(wǎng)口需要過(guò)500V的耐壓 測(cè)試方法：將4根信號(hào)線接在一起為一極，另一極為gnd-earth，在2極間加500V的50HZ交流點(diǎn)，1min，漏電流應(yīng)小于10mA。 同樣，我們需要浪涌和耐壓一起過(guò)，有了電源的經(jīng)驗(yàn)，網(wǎng)口我們就如法炮制,

14、32,網(wǎng)口的防雷和耐壓應(yīng)對(duì)方案,在防浪涌的基礎(chǔ)上串加一個(gè)壓敏電阻，保證壓敏加上氣體放電管的直流交流耐壓大于500V即可。,33,業(yè)務(wù)串口的浪涌測(cè)試及方案（以485為例）,測(cè)試方法與網(wǎng)口的測(cè)試方法是一樣的 應(yīng)對(duì)方案,34,業(yè)務(wù)串口的浪涌測(cè)試及方案（以485為例）,器件的選型 G1/G2/G3:選擇75V或者90V導(dǎo)通的，通流量根據(jù)測(cè)試等級(jí)來(lái)定，一般要大于測(cè)試等級(jí)需要的通流量一倍 RT1/RT2:可以選擇10/1W的電阻或者PTC，PTC則可以采用10左右，100200mA，耐壓250V以上的 TVS：根據(jù)芯片的工作電壓與耐壓決定，一般略高于芯片最高工作電壓，可以6.8V-10V之間選擇。 共模電

15、感和Y電容：用來(lái)濾除共模干擾的，根據(jù)工作的頻率和干擾信號(hào)的頻率來(lái)定，比如電容選330PF，共模電感選擇2200/100M,300mA; 這樣的兩級(jí)防護(hù)可以過(guò)共模4KV和差模2KV。,35,五、其他EMC安規(guī)測(cè)試及應(yīng)對(duì)方案,除了浪涌和耐壓外，我們還需要測(cè)試其他的項(xiàng)目，主要包括： 電快速脈沖群，阻尼震蕩波，絕緣電阻，沖擊，傳導(dǎo)騷擾度，傳導(dǎo)抗擾度，靜電，電源的暫降，輻射電磁場(chǎng)抗擾度，射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度，工頻磁場(chǎng)抗擾度，無(wú)線電騷擾限制,36,電快速脈沖群,形成機(jī)理：電快速瞬變脈沖群是由電感性負(fù)載（如繼電器、接觸器等）在多次重復(fù)開關(guān)時(shí)，在斷開處產(chǎn)生的暫態(tài)騷擾。這種暫態(tài)騷擾能量較小，一般不會(huì)引起設(shè)

16、備的損壞，但由于其頻譜分布較寬，所以會(huì)對(duì)電子、電氣設(shè)備的可靠工作產(chǎn)生影響。 實(shí)驗(yàn)對(duì)象：電源端口、信號(hào)和控制端口 試驗(yàn)要點(diǎn)：瞬變的短上升時(shí)間、重復(fù)率和低能量,37,電快速脈沖群,測(cè)試波形 試驗(yàn)等級(jí)：,38,試驗(yàn)等級(jí),電快速脈沖群,測(cè)試布置,39,電快速脈沖群試驗(yàn)失敗的原因,干擾脈沖的波形前沿非常陡峭，持續(xù)時(shí)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(guò)程中，會(huì)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。 干擾波形直接影響到電源的直流輸出，從而影響這個(gè)系統(tǒng)的供電,40,電快速脈沖群的整改措施,電源口： 在電源線入口處安裝電源線濾波器，阻止干擾進(jìn)入設(shè)

17、備。只要有X電容，Y電容，共模電感或者作何濾波器等 信號(hào)口： a）信號(hào)電纜屏蔽：使用屏蔽電纜，并使電纜的 屏蔽層與設(shè)備的機(jī)殼相連； b）信號(hào)電纜上安裝共模扼流圈； c）信號(hào)電纜上安裝共模濾波電容； d）對(duì)敏感電路局部屏蔽.,41,步步為營(yíng)，各個(gè)擊破,靜電（ESD）的測(cè)試,應(yīng)對(duì)方案： 最主要的就是端口要與機(jī)殼接觸良好（鐵殼），給靜電一個(gè)最短的協(xié)防路徑 芯片選型和電路設(shè)計(jì)要考慮防靜電 PCB設(shè)計(jì)時(shí)要將接口底下鋪gnd-earth，并且靠近定位孔,42,沖擊,沖擊和浪涌的測(cè)試方法和波形是一樣的 不同點(diǎn)是： 1）沖擊是在不上電的情況下做的，只有共模 2）額定電壓大于60V的回路，應(yīng)能承受1.2/50u

18、s，5KV的開路電壓波形的短時(shí)沖擊 3）信號(hào)口（額定電壓小于60V的回路），應(yīng)能承受1.2/50us，1KV的開路電壓波形的短時(shí)沖擊,43,一般情況下浪涌試驗(yàn)?zāi)芡ㄟ^(guò)，沖擊試驗(yàn)也能通過(guò)。 安全距離是影響沖擊性能的一個(gè)重要因素,阻尼震蕩波的測(cè)試及應(yīng)對(duì)方案,產(chǎn)生的原因：變電站中高壓絕緣體刀閘的合、分操作將引起陡坡瞬態(tài)，其時(shí)間量級(jí)為幾十ns。 波形： 等級(jí),44,從我們的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)來(lái)看：防浪涌電路就可以解決阻尼震蕩波的問(wèn)題。,其他EMC及安規(guī)的測(cè)試,絕緣電阻：與耐壓的測(cè)試方法是一樣的，應(yīng)對(duì)方 案也一樣 電源的暫降、暫時(shí)中斷：主要跟電源的儲(chǔ)能電容的而大小有關(guān) 輻射電磁場(chǎng)抗擾度 射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度 工頻磁場(chǎng)抗擾度 無(wú)線電騷擾限制,45,與機(jī)殼的屏蔽效果以及設(shè)計(jì)中的濾波能力有關(guān),典型應(yīng)用電路的濾波技術(shù),時(shí)鐘電路的濾波 總線信號(hào)的濾波 開關(guān)電源電路的濾波 關(guān)鍵信號(hào)的電源去耦設(shè)計(jì) 典型接口電路的濾波,46,時(shí)鐘電路