简述电磁兼容设计的常用方法4

第五层 瞬态骚扰抑制设计

一．电快速瞬变脉冲群（EFT）的抑制

抑制EFT必须做到：正确选用和安装电源滤波器和信号滤波器：减小PCB环路面积和引线电感;分类捆扎分类敷设导线和电缆;控制线使用屏蔽线，电源线不应过长；正确做好接地设计；安装瞬态骚扰抑制器。

二．雷击浪涌的抑制

导致雷击浪涌试验失败表现在过高的差模电压导致输入器件被击穿，或过高的共模电压导致线路与地之间的绝缘层被击穿。

通过雷击浪涌敏感度试验应采取的措施：浪涌吸收器件要用在进线入口处。在器件附近不能有信号线和电源线经过，以防止将浪涌引入信号和电源线路。器件的引脚要短；吸收容量要与浪涌电压和电流的试验等级相匹配。

三.静电防护

静电放电是高电位、强电场、瞬态大电流的过程。所产生的上升时间极快、持续时间极短（多数只有几百纳秒）的电磁脉冲。

1．ESD防护是一项系统工程，需要各个环节实施全面控制。一般应达到（+/-）2000V以上的防护要求。

2．电子设备ESD保护电路设计

旁路释放保护电路：其作用是将静电荷通过该保护电路释放掉，避免对功能元器件的静电损伤；限压/限流保护电路：其作用是减缓静电的放电速度，使放电电压/流小一些，钳制器件端口的电位；采用绝缘介质如塑料机箱、空气间隙及绝缘材料等把内部系统和元器件与外界隔离；。使用金属屏蔽外壳，防止大的ESD电流冲击内部电路；.PCB板上安装光耦合器、隔离变压器、光纤/无线和红外线耦合 ，实现电气隔离。

四．瞬态骚扰抑制器

由于滤波器的输入输出阻抗与电网以及负载阻抗严重失配，对瞬态骚扰的抑制能力非常有限。目前最有效的办法是采用瞬态骚扰抑制器，将大部分能量转移到地。

1.避雷管：早期的避雷管是气体放电管，一个电极接可能耦合瞬态骚扰的线路，另一个接地。瞬态骚扰出现时，管内气体被电离，两极间的电压迅速降到很低的残压值（2-4kV）上，使大部份瞬态能量被地线迅速转移，通流容量大（100kA以上），功耗大大降低，漏电流小，产品受到了保护。目前已固化，体积很小。避雷管具有很强的浪涌电流吸收能力，很高的绝缘电阻（》104MW）和很小的寄生电容（《2pF），对产品正常工作不会产生有害影响。但其响应时间较慢，约为£100ns.只适用于线路保护和产品的一次保护 。

2.压敏电阻器（VSR）（varistor; voltage-dependent resistor）：为多个PN结并联和串联在一起的电压敏感型箝位保护器件。当加在其两端的电压低于标称压敏电压时，其电阻近为无穷大，而超过标称压敏电压值后，阻值便急剧下降。它对瞬态电压的吸收作用是通过箝位方式实现的，并转换为热量。其响应时间《50ns.主要参数为：

1）、标称压敏电压V1mA ，即击穿电压或阈值电压。指在1mA规定电流下的电压值，即1mA直流时测得的电压值。为10－9000V不等。一般 V1mA=1.5Vp或V1mA=2.2VAC，式中，Vp为电路额定电压的峰值。VAC为额定交流电压的有效值。ZnO压敏电阻的电压值选择是至关重要的，它关系到保护效果与使用寿命。如额定电源电压为220V，则压敏电压 V1mA=1.5Vp=1.5×1.414×220V=467V，或V1mA=2.2VAC=2.2×220V=484V.因此，选在470－480V之间。

2）、通流容量（kA） ，即在环境温度为25℃情况下最大脉冲电流的峰值，通常选用2－20kA。

3）、 残压比：规定峰值为8/20ms标准冲击电流通过压敏电阻后， 两端的峰值电压值（称为最大限制电压）与压敏电压之比。约为1.7-1.8.

3.TVS（Transient Voltage Suppresser瞬态电压抑制器）

随着电子信息技术的迅速发展，当前半导体器件日益趋向小型化、高密度和多功能化。因此要求保护器件必须具备低箝位电压以提供有效的ESD保护；而且响应时间要快以满足高速数据线路的要求；封装集成度高以适用便携设备印制电路板面紧张的情况；同时还要保证多次ESD过程后不会劣化以保证高档设备应有的品质。TVS（Transient Voltage Suppresser瞬态电压抑制器）正是为解决这些问题而产生的，它已成为保护电子信息设备的关键性技术器件，是专门设计用于吸收ESD能量并且保护系统免遭ESD损害的固态元件。

TVS是一种二极管形式的高效能保护器件。当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。由于它具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。

目前已广泛应用于计算机系统、通讯设备、交/直流电源、汽车、电子镇流器、家用电器、仪器仪表（电度表）、RS232/422/423/485、I/O、LAN、ISDN、ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、数字照相机的保护、共模/差模保护、RF耦合/IC驱动接收保护、电机电磁骚扰抑制、声频/视频输入、传感器/变速器、工控回路、继电器、接触器噪音的抑制等各个领域。

第六层 系统级电磁兼容设计

EMC对系统效能的影响包括：系统性能降低或失效；系统可靠性降低；影响系统工作寿命；影响效/费比的权衡；影响系统和人员的生存性和安全性；延误生产和使用。系统级电磁兼容设计流程如图13所示。

图13 系统级电磁兼容设计流程

实践表明，满足了设备EMC限值的设备、分系统组成系统后并不能保证系统的EMC良好，即EMC+EMC¹EMC。因此规定系统的EMC要求并实现它是与保证设备EMC同等重要的。例如，如果N个模块分别在场点测得的场强值基本相等，则

Eo=N1/2E（mV/m）

设标准规定的骚扰发射限值为Eo，若有N个模块，则每个模块的骚扰发射限值应为

E=Eo/N1/2

十余年来，“电磁兼容分层与综合设计法”已成功用于，合成孔径雷达卫星、大型集装箱检查系统、手持机、集成电路、汽车电子系统、医用电子设备与系统、嵌入式机器人控制器等的电磁兼容设计，基本做到电磁兼容试验一次成功。