2022年医学专题—第七部分-瞬态脉冲干扰的抑制(1).ppt

,瞬态干扰对设备(shbi)的威胁,电快速(kui s)脉冲,浪涌,静电(jngdin)放电,静电放电,电源端口,信号端口,浪涌,电快速脉冲,静电放电,第一页，共三十页。,感性负载断开时产生(chnshng)的干扰,20 200 Vdc,t,VL,I0,Vdc,VL,t,电源回路中的电流(dinli)（电压）,C,对应(duyng)的EMC实验：EFT,特点：脉冲串,第二页，共三十页。,两种触点(ch din)击穿导通机理,气隙上的电压(diny),击穿(j chun)电压,维持电压,320V,0.08mm 接触点距离,阳极(+),阴极(),电子流,辉光放电 气体电离,弧光放电 金属气化,第三页，共三十页。,浪涌产生(chnshng)的原因,一般(ybn)小于75kA最大可达300kA,I,导体周围(zhuwi)产生强磁场,对应EMC实验：浪涌,特点：能量大,第四页，共三十页。,静电(jngdin)放电现象,放电(fng din)电流 I,1ns,100ns,I,t,对应(duyng)EMC实验：ESD,特点：频率范围宽,第五页，共三十页。,瞬态干扰(gnro)的频谱,A,0.5A,2A,1/,1/tr,时间(shjin),频率(pnl),瞬态类型 tr 1/1/tr A 2AEFT 5ns 50ns 6.4MHz 64MHz 4kV 0.4V/MHzESD 1ns 30ns 10MHz 320MHz 30A 1.8A/MHz浪涌 1.2s 50s 6.3kHz 265kHz 4kV 0.4V/MHz,第六页，共三十页。,消除(xioch)感性负载干扰,R,R,C,L,L,L,RL,第七页，共三十页。,阻尼电路参数(cnsh)确定,R:,越大，开关闭合(b h)时限流作用越好,越小，开关断开(dun ki)时反充电压越小,V/Ia R RL,折衷,C:,由于没有弧光，L中的能量全部进入C，VC=I(L/C)1/2,为了防止发生辉光，VC 300V,C(I/300)2 L,为了防止发生弧光，电容充电速率要小于1V/s，C 10-6 I,第八页，共三十页。,过零开关消除(xioch)干扰,电感(din n)电流取样,VDC,继电器,+,-,电压(diny)比较器,第九页，共三十页。,瞬态干扰(gnro)抑制原理,分压法：,正温度系数(xsh)电阻,电 阻,电 感,电 容,分流(fn li)法：,负温度系数电阻（压敏电阻）,瞬态抑制二极管,气体放电管,低通滤波器：截止频率小于1/,第十页，共三十页。,低通滤波器对瞬态干扰(gnro)的作用,f,IL,f,+,fCO,fCO,A,f,输入脉冲频谱,滤波器特性(txng),输出(shch)脉冲频谱,2A,2A,第十一页，共三十页。,Fco 1/,VOUT=VP(f)f1=2VIN/=2VIN/输出脉冲(michng)的幅度略有降低,fco,VIN,VOUT,第十二页，共三十页。,Fco 1/,Parseval 定律：时域中的能量(nngling)等于频域中的能量(nngling)：,0,0,V2(f)df=,V2(t)dt,fco,0,0,(2VIN)2df=,V 2OUT dt,out,=1/fco,(2VIN)2 fco=,V 2OUT/fco,V/V OUT=,2 fco,fco,out,第十三页，共三十页。,低通滤波器对瞬态干扰(gnro)的抑制,VOUT/VIN,-10,-20,-30,-40,fCO,1/2,0.1,0.01,0.001,0,第十四页，共三十页。,瞬态干扰(gnro)抑制器件,浪涌电压(diny),压敏电阻,瞬态抑制(yzh)二极管,气体放电管,220,500,1000,钳位不紧,电流容量不大,有跟随电流,第十五页，共三十页。,气体放电管的跟随(n su)电流,跟随(n su)电流,寄生电容小电流(dinli)容量大,不可用在直流的场合！,第十六页，共三十页。,放电管与压敏电阻组合(zh),优点：没有(mi yu)跟随电流 没有漏电流 钳位电压低,用低通滤波器消除(xioch),第十七页，共三十页。,作用(zuyng)在开关电源上的浪涌,开关电源等效电路,6kV,3kA1.2 50 s浪涌波形(b xn),0 20 40 60 80 100 s,0,4,2,6,kV,0,3,2,1,kA,浪涌电压(diny),电源上电压,流进电源的电流,第十八页，共三十页。,浪涌抑制器件(qjin)的保护作用,开关电源等效电路,6kV,3kA1.2 50 s浪涌波形(b xn),0 20 40 60 80 100 s,0,4,2,6,kV,0,3,2,1,kA,浪涌电压(diny),抑制后的电压,流进电源的电流,流进抑制器的电流,大部分电流流进了电源,第十九页，共三十页。,TVS增容问题(wnt),R,R,1M,R=V/IpeakV=两管钳位差 Ipeak=TVS的峰值(fn zh)电流,1M,不行(bxng),可以,最好,第二十页，共三十页。,多级浪涌抑制(yzh)电路,V1、V2=额定工作电压I2=第二级额定峰值(fn zh)电流V2 V0+电压偏差2V1 V2+电压偏差1+电压偏差2V=V1MAX-V2MIN Z V/I2P,V1,V2,V0MAX,浪涌,一级,二级,V,V2,V1,V0,Z,V,I2P,第二十一页，共三十页。,地线反弹(fn dn)与对策,VG,VZ+VG,VZ,若电流(dinli)为5kA，地线阻抗为0.5，则反弹电压达到2500V!,第二十二页，共三十页。,静电放电(fng din)现象,放电(fng din)电流 I,1ns,100ns,I,t,第二十三页，共三十页。,ESD对电路(dinl)工作影响的机理,不良(bling)搭接,孔缝,电流(dinli)找阻抗最小路径,静电放电产生的电磁场,第二十四页，共三十页。,ESD产生(chnshng)的电磁场,5 10 15,1,2,3,4,电场(din chng)kV/m,磁场(cchng)A/m,5,10,15,时间 ns,10 cm,20 cm,50 cm,第二十五页，共三十页。,静电试验(shyn)的方法,静电放电(fng din)试验,直接(zhji)放电试验,感 应,非接触放电,接触放电,在附近放电产生感应场,Ipeak,tr 30 60 t(ns),I1,I2,90%,第二十六页，共三十页。,ESD常见问题与改进(gijn),ESD,V,ESD,ESD,V,ESD,屏蔽(pngb)层,第二十七页，共三十页。,ESD常见问题与改进(gijn),ESD1,I1,ESD2,I2,二次放电(fng din),ESD1,I1,ESD2,铁氧体磁珠,第二十八页，共三十页。,电缆(dinln)上的ESD防护,电缆(dinln)/机箱搭接,VN,正确(zhngqu),错误,第二十九页，共三十页。,内容(nirng)总结,瞬态干扰(gnro)对设备的威胁。20 200 Vdc。辉光放电 气体电离。为了防止发生辉光，VC 300V。为了防止发生弧光，电容充电速率要小于1V/s，。低通滤波器：截止频率小于1/。V2(f)df=。V 2OUT dt。=1/fco。(2VIN)2 fco=。VOUT/VIN。1.2 50 s。V=两管钳位差。Ipeak=TVS的峰值电流。VZ+VG。错误,第三十页，共三十页。,