瞬态干扰抑制讲解

强大的静电感应和磁场感应，产生瞬间尖峰冲击电流

电阻性、电感性耦合方式
3 .雷击浪涌
感应雷
3 .雷击浪涌
浪涌

通常把由雷电在电缆上电击或感应产生的瞬变过电压脉冲称 为浪涌。 浪涌电压从电源线或信号途径进入设备，造成损害。
电源浪涌

来源：雷击、电力系统短路故障、投切大负荷时线路浪涌
信号系统浪涌
解决方法： 在旁路电容与线路板之间串 联一只铁氧体磁珠，增加流向线 路板的 路径的阻抗。
4 .静电放电干扰及其防护 ESD常见问题与改进
解决方法： 增加与外壳间的距离、
二次放电
高电位
0V 外壳与电路间加一层接地挡板
线路板和机箱连在一起
问题：二次放电
机箱上发生静电放电时，机箱电
位高；而机箱内部电路接地，在地 电位附近；二者存在很大电位差， 高电位
对直击雷防护既经济又能达到低接
地电阻的效果，有利于雷电流的泄放； 对感应雷的防护，电阻性耦合所产 生的破坏可减到最小。

室内布线尽量减少环路

尽量采用光纤
4 .静电放电干扰及其防护
＋ ＋ ＋＋ ＋ ＋＋＋ ＋ ＋＋ ＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
放电电流
I
特点：频率范围宽
放电电流 I
t
1ns
100ns
静电的产生：
来源：感应雷击、电磁干扰、无线干扰和静电干扰

浪涌虽然不象EFT那么普遍，但是一旦发生危害是十分严重 的，往往导致电路的损坏
3 .雷击浪涌 浪涌
类型 直击雷 产生原因 雷击直接点击电源或信号线 静电感应、电磁感应 相线与地短路引起的过电压 一相开路引起的过电压 线路浪涌 系统开关 无负载时开关 切断电流 过电压 电磁感应 静电感应 核电磁脉冲 容性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ感性负载开关 整流 使用电吹风、无绳电话等 人体静电、摩擦静电 核爆
雷击
感应雷 故障浪涌
3 .雷击浪涌 雷电浪涌对机房电子设备造成损害的主要途径
3 .雷击浪涌 雷电危害防护 完整防雷方案包括：直击雷的防护和感应雷的防护

直击雷防护
避雷针、导地体和接地网

感应雷防护 各种线路进出端口安装防雷器
3 .雷击浪涌 雷电危害防护 电源系统的防雷电过电压保护
分级保护：
CLASS I级：在用户供电系统入口进线各相和大地之间使用大容量电源防 浪涌保护器（SPD）(大浪涌电流的吸收）;
Vdc
I0
C
VL
t
特点：脉冲串
1. 电快速瞬变脉冲群（EFT） 2. EFT干扰机理

根据楞次定律，当开关断开时，电感上的电流不能突然消失，电感上会产
生一个很高的反电动势： E = d / dt = -L ( di / dt )

反电动势向电感的寄生电容C反向充电。充电电压升高，触点上的电压也
升高，当达到一定程度时，将触点击穿，形成导电通路，电容C开始放电， 电压开始下降，当电压降到维持触点空气导通的电压以下时，通路断开， 又重复上面的过程。这种过程重复到由于触点之间的距离增加，电容上的 电压不能击穿触点为止。

直击雷击、感应雷击
3 .雷击浪涌
直击雷
雷电直接击在建筑物上及地面高大物体上

雷电放电的极高能量产生的电效应可造成 人身伤害。 产生的热效应和引发火灾。 产生的机械力将对建筑物及其设施造成极大的损害。
3 .雷击浪涌
感应雷

二次雷击：雷云之间或雷云对地之间的放电而在附近的架 空线路、埋地线路、金属管或类似传导体上产生感应电压， 从而损坏微电子设备。
正确设计电缆保护系统
软件EMI抑制措施
4 .静电放电干扰及其防护 ESD常见问题与改进
ESD
ESD
V
V
单点接地
问题：机箱搭接阻抗过大
例如：0.1欧姆搭接阻抗，静电放 电电流30A，电位差3V
解决办法：
减少搭接阻抗、单点接地
4 .静电放电干扰及其防护 ESD常见问题与改进
ESD
解决办法： 完整机箱、增加屏蔽层
（室内的浪涌电压幅度可以达到6kV，室外往往会超过10kV）
影响：浪涌不象EFT那么普遍，但危害十分严重，导致电路损坏。

静电放电：雷电现象、人体接触设备时的静电放电、装置放电。
1. 概述 3种瞬态干扰的比较
骚扰类型 脉冲上升时间 能量 电压（负载阻抗高） EFT 5ms 中等（单个脉冲） 10kV以下 SURGE 慢，ms量级 高 10kV以下 ESD ＜1ns 低 15kV以上 人体放电几十安培 装置放电可达数百安培
2. 电快速瞬变脉冲群（EFT）
2. 电快速瞬变脉冲群（EFT） EFT特性


脉冲群
幅值在100V~数千伏之间（由触点机电特性决定）


脉冲重复频率1kHz~1MHz
单个脉冲频谱宽（上升沿：ns，脉冲持续期：几十ns~ms）
数字电路敏感，程序混乱、数据丢失、控制电路失灵等
2. 电快速瞬变脉冲群（EFT） EFT干扰的抑制
2. 电快速瞬变脉冲群（EFT）
避免触头气体击穿的两个条件
1) 2)
使触头间电压始终保持低于击穿电压，防止辉光放电。 使触头电压的起始上升率低于产生弧光放电的临界值(对大多 数触头来说1V/微妙)，则不会产生弧光放电。
2. 电快速瞬变脉冲群（EFT）
感性负载断开时产生的干扰
VL
t
电源回路中的电流（电压）

当电容不能通过击穿触点放电时，就通过电感回路放电，直到电感中的能 量耗尽为止。
2. 电快速瞬变脉冲群（EFT） EFT干扰机理

随着触点的距离越来越远，击穿触点需要的电压越来越高，因此电容
上的电压越来越高。

随着击穿触点需要的电压越来越高，电容充电的时间越来越长，因此
震荡波形的频率越来越低。

电容C每次击穿触点向电源回路反向放电时，会在电源回路上形成很 大的脉冲电流，由于电源阻抗的存在，这些脉冲电流在电源两端形成 了脉冲电压，从而对共用这个电源的其它电路造成影响。
解释如下：

电压较低时：带电体几乎接触上接地导体时才发生放电，放电是突发 性的，上升沿很陡，幅度很大。因此干扰很厉害。

电压中等时：带电体接近接地导体时，两者之间的电压导致气体电离， 发生辉光放电，放电电流脉冲的上升沿较长，所占频带较窄。

电压很高时：虽然也会有辉光放电发生，但是会发生多次放电。在每 个多次放电序列中，会有一个以上的低电压放电，这会导致快速上升
电快速脉冲
电快速脉冲
浪涌
瞬态干扰：时间很短，频谱宽，幅度大的电磁干扰。 常见的瞬态干扰：电快速脉冲、浪涌、静电放电
1. 概述

电快速脉冲群：电路中的感性负载断开时产生。 特点：脉冲串。 影响： 对电路的影响较大，且脉冲串的周期越短，影响越大。

浪涌：主要由雷电在电缆上感应产生的，功率很大的开关也能产生。 特点：能量很大。
电流（负载阻抗低）
几十安培
几千安培
1. 概述 瞬态干扰的频谱
A 0.5A
2A
tr
时间
1/
1/tr
频率
A:瞬态干扰脉冲的振幅
瞬态类型
EFT ESD
tr
5ns 1ns

50ns 30ns
1/
6. 4MHz 10MHz
1/tr
64MHz 320MHz
A
4kV 30A
2A
0.4V/MHz 1.8mA/MHz
共模电流
距离近时，发生二次电弧。
4 .静电放电干扰及其防护 ESD常见问题与改进
通过电缆的屏蔽层连
接两机箱，使其电位 差尽量小 搭接方式很重要！

CLASS II 级：安装在向重要或敏感用电设备供电的分路配电处的SPD;
第三级:用电设备内部电源部分使用一个内置式的SPD

信号系统的防雷保护
有线传输时,采用屏蔽电缆或穿管埋地引入； 信号接收器与线缆之间装SPD； 天馈线的发射设备端与接入设备端装SPD等
3 .雷击浪涌 雷电危害防护

采用共地的接地措施


EFT骚扰信号通常由电源线或信号线传入受干扰设备
EFT电感瞬态干扰抑制网络

其他方法

EFT滤波器或吸收器 骚扰源远离敏感电流


正确接地
软件中加入抗骚扰指令 安装瞬变骚扰吸收器
EFT骚扰一般不会损坏元器件，只是使产品性能下降或者功能丧失。
2. 电快速瞬变脉冲群（EFT） 电感EFT干扰抑制网络
C > 10- 6 I
2. 电快速瞬变脉冲群（EFT）
接在开关两端的开关防护电路
3 .雷击浪涌

雷击： 自然放电现象，危害大！
在大气层中，云层间或云和地之间的电位差增大达到一定程度时，
即发生猛烈放电现象（闪电）

雷击造成的破坏性后果有三种层次： ①设备损坏，人员伤亡； ②设备或元器件寿命降低； ③传输或储存的信号（模拟或数字）、数据受到干扰或丢 失，甚至电子设备产生误动作而造成系统暂时瘫痪或整 个系统停顿。

为了维持导通，需要一个最
小电流，几个mA
2. 电快速瞬变脉冲群（EFT）
开关触点击穿导通机理
击穿电压
阳极(+) 30 V 维持电压 接触点距离
电子流
阴极(－)

维持电压一般为20－30V，维持电流一般为1A。 当电压或电流不满足条件时，弧光放电终止
弧光放电 金属气化

气体金属桥上电流由电路电阻和电源电压决定。
六、瞬态干扰及其抑制