(2)電磁干擾抑制--電磁干擾源

1、電磁干擾防護與電磁兼容設計電磁干擾防護與電磁兼容設計電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲電磁驅(qū)動與控制研究所電磁驅(qū)動與控制研究所目錄目錄電磁干擾源的一般分類自然干擾源自然干擾源人為干擾源人為干擾源電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲由于構成電磁干擾有三個要素，即：由于構成電磁干擾有三個要素，即：干擾源（噪聲）干擾源（噪聲）噪聲的耦合途徑噪聲的耦合途徑噪聲接收器（被干擾設備）噪聲接收器（被干擾設備）因此，電磁兼容設計的任務概括起來說就是：因此，電磁兼容設計的任務概括起來說就是： 削弱干擾源的能量削弱干擾源的能量隔離或減弱噪聲耦合的途徑隔離或減弱噪聲耦合的途徑提高設備對電磁干擾的抵抗能力。提高設備

2、對電磁干擾的抵抗能力。電磁噪聲的一般分類電磁噪聲的一般分類電磁干擾源電磁干擾源-電磁噪聲電磁噪聲電磁干擾源的分類電磁干擾源的分類有意干擾有意干擾無意干擾無意干擾按其來源按其來源自然干擾源自然干擾源人為干擾源人為干擾源干擾時域、頻域干擾時域、頻域特征特征連續(xù)干擾連續(xù)干擾瞬態(tài)干擾瞬態(tài)干擾耦合方式耦合方式傳導干擾傳導干擾輻射干擾輻射干擾干擾戰(zhàn)的重要手段干擾戰(zhàn)的重要手段干擾功能干擾功能是指由于大自然現(xiàn)象所造成的各是指由于大自然現(xiàn)象所造成的各種電磁噪聲。他們主要包括大氣種電磁噪聲。他們主要包括大氣層噪聲，如雷電，太陽異常電磁層噪聲，如雷電，太陽異常電磁輻射及來自宇宙的電磁輻射噪聲輻射及來自宇宙的電磁輻射

3、噪聲等等電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲電磁噪聲的一般分類電磁噪聲的一般分類電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲有意干擾有意干擾美國美國“徘徊者徘徊者”干擾機干擾機干干擾擾功功能能有意干擾有意干擾無意干擾無意干擾干擾戰(zhàn)的重要手段干擾戰(zhàn)的重要手段 電磁干擾和電磁兼容主要電磁干擾和電磁兼容主要是指無意電磁干擾和在實際工是指無意電磁干擾和在實際工作現(xiàn)場的電磁兼容作現(xiàn)場的電磁兼容最常見的自然電磁干擾源：大氣層噪聲、雷電、最常見的自然電磁干擾源：大氣層噪聲、雷電、太陽異常電磁輻射以及來自宇宙的電磁輻射噪聲太陽異常電磁輻射以及來自宇宙的電磁輻射噪聲典型的嚴重雷擊電流波形圖典型的嚴重雷擊電流波形圖離離1

4、00KA雷擊點雷擊點4公里處，平均電流和開路電壓波形圖公里處，平均電流和開路電壓波形圖閃擊電流很大，最大可達兆安培量級，電流的上升時間為微秒量級閃擊電流很大，最大可達兆安培量級，電流的上升時間為微秒量級持續(xù)時間可達幾個毫秒至幾秒，它所輻射的電磁場頻率范圍大致為持續(xù)時間可達幾個毫秒至幾秒，它所輻射的電磁場頻率范圍大致為10HZ-300kHZ,主頻在主頻在數(shù)千赫茲數(shù)千赫茲。雖然雷擊直接破壞范圍小只有幾平方米或幾雖然雷擊直接破壞范圍小只有幾平方米或幾十平方米，但是它的電磁干擾，卻能傳播到十平方米，但是它的電磁干擾，卻能傳播到很遠的地方很遠的地方甬溫線特大交通事故甬溫線特大交通事故電磁干擾源電磁干擾源

5、電磁噪聲電磁噪聲自然電磁干擾自然電磁干擾其他的自然干擾源：其他的自然干擾源：太陽異常電磁輻射噪聲太陽異常電磁輻射噪聲太陽黑子發(fā)射出的噪聲和太陽黑子增加或活動激烈時產(chǎn)生的磁暴太陽黑子發(fā)射出的噪聲和太陽黑子增加或活動激烈時產(chǎn)生的磁暴其干擾信號的頻譜通常在數(shù)十兆赫茲范圍其干擾信號的頻譜通常在數(shù)十兆赫茲范圍宇宙輻射干擾源宇宙輻射干擾源宇宙輻射干擾源源于銀河系及超遠星系的高能粒子運動和銀河系恒星體上宇宙輻射干擾源源于銀河系及超遠星系的高能粒子運動和銀河系恒星體上的爆炸現(xiàn)象引起的電磁噪聲，其干擾信號的頻譜通常在數(shù)十兆赫茲到數(shù)萬的爆炸現(xiàn)象引起的電磁噪聲，其干擾信號的頻譜通常在數(shù)十兆赫茲到數(shù)萬赫茲的范圍赫茲的

6、范圍 基于上述這些自然電磁干擾源的特點，以上兩種干基于上述這些自然電磁干擾源的特點，以上兩種干擾主要影響宇航，通訊，信息圖像信號處理等有關的軍擾主要影響宇航，通訊，信息圖像信號處理等有關的軍用電子設備。對于工業(yè)、民用大部分電氣及電力電子設用電子設備。對于工業(yè)、民用大部分電氣及電力電子設備而言，我們需要著重考慮的自然電磁干擾源應該是雷備而言，我們需要著重考慮的自然電磁干擾源應該是雷電干擾。電干擾。電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲自然電磁干擾自然電磁干擾電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲人為電磁干擾人為電磁干擾人為電磁干擾源來源于各種電氣設備，涉及的范圍十分人為電磁干擾源來源于各種電氣設備，

7、涉及的范圍十分廣泛。根據(jù)這些干擾源的物理性質(zhì)，可大致分為五大類：廣泛。根據(jù)這些干擾源的物理性質(zhì)，可大致分為五大類：人為干擾源人為干擾源放電噪聲放電噪聲電磁感應噪聲電磁感應噪聲半導體器件開關過程和變流電路引起的噪聲半導體器件開關過程和變流電路引起的噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲物理或化學噪聲源物理或化學噪聲源電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲1)熱噪熱噪 Thernal Noise2)散粒噪聲散粒噪聲 Shot Noise3)接觸噪聲接觸噪聲 Contact Noise4)爆米花噪聲爆米花噪聲

8、 Popcorn Noise 在處理微信號為主以信號變換為主的通訊，宇航，遙感遙測，圖像信息處理，生在處理微信號為主以信號變換為主的通訊，宇航，遙感遙測，圖像信息處理，生物等工程應用中，具有十分重要的影響。但在以處理能量轉換的電力電子應用中，并物等工程應用中，具有十分重要的影響。但在以處理能量轉換的電力電子應用中，并不十分重要。不十分重要。1）電阻的熱噪聲）電阻的熱噪聲電阻熱噪聲源于電阻器發(fā)熱而引起的電子熱騷動，它又稱為電阻熱噪聲源于電阻器發(fā)熱而引起的電子熱騷動，它又稱為Johnson噪聲。用示波器觀察，它變現(xiàn)為包噪聲噪聲。用示波器觀察，它變現(xiàn)為包噪聲電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲元器件

9、的固有噪聲元器件的固有噪聲1)電阻熱噪聲電阻熱噪聲電阻熱噪聲源于電阻器發(fā)熱而引起的電子熱躁動。用示波器觀察，它表現(xiàn)為白電阻熱噪聲源于電阻器發(fā)熱而引起的電子熱躁動。用示波器觀察，它表現(xiàn)為白噪聲波形。噪聲波形。所有所有頻率頻率具有相同具有相同能量能量密度的隨機噪聲稱為白噪聲。密度的隨機噪聲稱為白噪聲。電阻器上產(chǎn)生的開路噪聲電壓（有效值）為電阻器上產(chǎn)生的開路噪聲電壓（有效值）為:KTBRU4r其中其中K -波爾茨曼常數(shù)波爾茨曼常數(shù)T -絕對溫度（絕對溫度（K）B -被分析系統(tǒng)（電路）的等效噪聲寬帶或系統(tǒng)等效電壓增益平方帶寬被分析系統(tǒng)（電路）的等效噪聲寬帶或系統(tǒng)等效電壓增益平方帶寬 HZR -電阻器的

10、阻值，（電阻器的阻值，（）KJ/1038.123-電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲以一個低通電路為例，其實際電壓增量平方特性及等效噪聲寬帶如圖所示以一個低通電路為例，其實際電壓增量平方特性及等效噪聲寬帶如圖所示其中：其中：0220dt)f(1AAB低通電路實際的及等效的噪聲帶寬低通電路實際的及等效的噪聲帶寬電阻熱噪聲的等效電路電阻熱噪聲的等效電路在電路分析中，熱噪聲可用電壓源或電流在電路分析中，熱噪聲可用電壓源或電流源等效電路表示。源等效電路表示。電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲 雖然電阻熱噪聲的有效值噪聲電壓具有明確的定

11、義，但是雖然電阻熱噪聲的有效值噪聲電壓具有明確的定義，但是由于它是隨機的白噪聲信號，它的瞬時值只能用幾率加以定由于它是隨機的白噪聲信號，它的瞬時值只能用幾率加以定義。熱噪聲的瞬時值具有高斯分布的特征。下圖是電阻熱噪義。熱噪聲的瞬時值具有高斯分布的特征。下圖是電阻熱噪聲的幾率密度函數(shù)分布圖。聲的幾率密度函數(shù)分布圖。電阻熱噪聲的高斯正態(tài)幾率密度函數(shù)分布圖電阻熱噪聲的高斯正態(tài)幾率密度函數(shù)分布圖電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲2）散粒噪聲）散粒噪聲 散粒噪聲是電流流過勢壘而產(chǎn)生的噪聲。它主要存在于電子管和半導體器件中。在電子管中，散粒噪聲是電流流過勢壘而產(chǎn)生的噪聲。

12、它主要存在于電子管和半導體器件中。在電子管中，熱陰極電子發(fā)射存在著隨機性。在半導體器件中，載流子越過壁壘的擴散電流和漂移電流以及在熱陰極電子發(fā)射存在著隨機性。在半導體器件中，載流子越過壁壘的擴散電流和漂移電流以及在長基區(qū)中電子空穴對的產(chǎn)生和復合過程也是隨機的。這些載流子的隨機性造成了電流的隨機波動長基區(qū)中電子空穴對的產(chǎn)生和復合過程也是隨機的。這些載流子的隨機性造成了電流的隨機波動散粒噪聲電流的有效值定義為：散粒噪聲電流的有效值定義為：BIIDCSHq2其中：其中：q - 電子電荷（電子電荷（ ）-流過器件的直流電流（流過器件的直流電流（A） B -噪聲帶寬，（噪聲帶寬，（HZ）這種噪聲與前述電

13、阻熱噪聲相似，它的功率密度與頻率無關，其幅度呈高斯分布。從上式可得這種噪聲與前述電阻熱噪聲相似，它的功率密度與頻率無關，其幅度呈高斯分布。從上式可得DCSHIBI10DC1066.5qI2因此，通過測量流過器件的直流電流，就可以很方便的計算出這種噪聲因此，通過測量流過器件的直流電流，就可以很方便的計算出這種噪聲DCIC19-106.1電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲3）接觸噪聲）接觸噪聲兩導體接觸時，兩導體接觸時，接觸不良造成的電導率的波動接觸不良造成的電導率的波動將會造成接觸噪聲。很顯然，它在于兩塊導將會造成接觸噪聲。很顯然，它在于兩塊導體相接觸的任何場合

14、，例如：繼電器和開關的觸頭，晶體管和集成電路芯片電極引出部分，體相接觸的任何場合，例如：繼電器和開關的觸頭，晶體管和集成電路芯片電極引出部分，合成電阻，碳質(zhì)麥克風等。合成電阻，碳質(zhì)麥克風等。接觸噪聲，在電阻器中又稱為剩余噪聲（接觸噪聲，在電阻器中又稱為剩余噪聲（Excess Nosie），在電子管中常稱為閃爍噪），在電子管中常稱為閃爍噪聲（聲（Flicker Noise），在半導體器件中，由于它獨特的頻率特性，又稱為），在半導體器件中，由于它獨特的頻率特性，又稱為1/f噪聲，噪聲，或者低頻噪聲。因為頻率很低的時候，該噪聲具有下述的頻率特性：或者低頻噪聲。因為頻率很低的時候，該噪聲具有下述的頻率

15、特性：fkIBIDCf其中，其中， -通過其間直流電流的平均值（通過其間直流電流的平均值（A）f -頻率，（頻率，（HZ）k -與材料及電極幾何形狀有關的常數(shù)與材料及電極幾何形狀有關的常數(shù)B -頻率頻率f為中心的頻帶，（為中心的頻帶，（HZ）DCI電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲元器件的固有噪聲元器件的固有噪聲4）爆米花噪聲）爆米花噪聲電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲物理或化學噪聲物理或化學噪聲物理或化學噪聲源物理或化學噪聲源1）原電池噪聲）原電池噪聲 眾所周知，如果將兩塊不同的金屬互相接觸，并且其間隙中存在著潮氣眾所周知，如果將兩塊不同的金屬互相接觸，并且其間隙中存在著潮氣和水的話，

16、則它們會構成一個化學濕電池系統(tǒng)。該電池的端電壓大小取決于和水的話，則它們會構成一個化學濕電池系統(tǒng)。該電池的端電壓大小取決于兩塊金屬材料及它們在原電池序列表中的位置。兩塊金屬材料及它們在原電池序列表中的位置。 這里我們對原電池噪聲舉一個例子：最不理想但又最常見到的情況，是這里我們對原電池噪聲舉一個例子：最不理想但又最常見到的情況，是人們常常采用鋁和銅這樣的金屬組合，結果是鋁將會被腐蝕掉。如果在銅板人們常常采用鋁和銅這樣的金屬組合，結果是鋁將會被腐蝕掉。如果在銅板上再涂一層鉛上再涂一層鉛- -鋅焊料，由于鋁和鉛鋅焊料，由于鋁和鉛- -鋅焊料在原電池表中位置比較接近，由鋅焊料在原電池表中位置比較接近

17、，由原電池效應造成的腐蝕將大大緩解。原電池效應造成的腐蝕將大大緩解。常見的鋁銅合金常見的鋁銅合金電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲物理或化學噪聲物理或化學噪聲物理或化學噪聲源物理或化學噪聲源1）原電池噪聲）原電池噪聲第一組第一組1 錳錳2 鋅鋅 3 鍍鋅鋼鍍鋅鋼第二組4 鋁2S 8 鐵 5 鎘 9 不銹鋼6 鋁 17ST107 鋼第三組10 鉛鋅焊料13 鎳（未鈍化）11 鉛14 黃銅（青銅）12 錫15 銅16 黃銅第四組17 銅-鎳合金21 不銹鋼（鈍化）18 Monel19 銀焊料20 鎳（鈍化）第五組23 石墨24 金25 鉑原電池序列表原電池序列表金屬可分為五組，最好采用同一組的兩

18、種金屬，因為兩種不同的金屬在表中的位置離金屬可分為五組，最好采用同一組的兩種金屬，因為兩種不同的金屬在表中的位置離開的越遠，原電池產(chǎn)生的電壓越高，原電池的效應的影響越嚴重開的越遠，原電池產(chǎn)生的電壓越高，原電池的效應的影響越嚴重 。原電池效應除產(chǎn)生。原電池效應除產(chǎn)生噪聲電壓外，還會帶來金屬的腐蝕。噪聲電壓外，還會帶來金屬的腐蝕。電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲物理或化學噪聲物理或化學噪聲2）電解噪聲）電解噪聲 兩塊相同的金屬互相接觸，當接觸面間存在電解液，并且流過直流電流時，將產(chǎn)兩塊相同的金屬互相接觸，當接觸面間存在電解液，并且流過直流電流時，將產(chǎn)生電解反應。結果在產(chǎn)生電解噪聲的同時，也會造

19、成金屬的腐蝕，腐蝕率則取決于流生電解反應。結果在產(chǎn)生電解噪聲的同時，也會造成金屬的腐蝕，腐蝕率則取決于流過電流的大小和電解液的導電率。很顯然，這種電解效應主要造成金屬腐蝕和損害，過電流的大小和電解液的導電率。很顯然，這種電解效應主要造成金屬腐蝕和損害，特別在大功率電力電子裝置中，由于廣泛采用流過大電流的接線排，設備的工作環(huán)境特別在大功率電力電子裝置中，由于廣泛采用流過大電流的接線排，設備的工作環(huán)境通常比較惡劣，上述電解效應是不容忽視的。通常比較惡劣，上述電解效應是不容忽視的。3）摩擦及導線移動造成的噪聲）摩擦及導線移動造成的噪聲 通常，導線中的金屬芯線與其絕緣外套不可能保持固定的緊密接觸，以通

20、常，導線中的金屬芯線與其絕緣外套不可能保持固定的緊密接觸，以致當彎曲電纜線時，兩者相互摩擦會產(chǎn)生感應電荷，造成摩擦噪聲，它的表致當彎曲電纜線時，兩者相互摩擦會產(chǎn)生感應電荷，造成摩擦噪聲，它的表現(xiàn)形式也是隨機的。減小這種噪聲的方法，是避免電纜過度的彎曲或采用特現(xiàn)形式也是隨機的。減小這種噪聲的方法，是避免電纜過度的彎曲或采用特殊的化學處理，使絕緣介質(zhì)上產(chǎn)生電荷的可能性大大減小。殊的化學處理，使絕緣介質(zhì)上產(chǎn)生電荷的可能性大大減小。 此外，當一根導線在磁場中移動時，因切割磁力線會在導線兩端產(chǎn)生感應此外，當一根導線在磁場中移動時，因切割磁力線會在導線兩端產(chǎn)生感應電壓，通常，電壓，通常，電源線和大功率電力

21、電子裝置功率回路導線中常流過較大的電電源線和大功率電力電子裝置功率回路導線中常流過較大的電流，所以它的周圍空間里存在著相當強的雜散磁場。如果低電平的信號線移流，所以它的周圍空間里存在著相當強的雜散磁場。如果低電平的信號線移動的時候，就必然會因之產(chǎn)生感應干擾信號，這種干擾在存在著強烈機械震動的時候，就必然會因之產(chǎn)生感應干擾信號，這種干擾在存在著強烈機械震動的裝置上表現(xiàn)的很突出。動的裝置上表現(xiàn)的很突出。鉆井平臺，電動汽車等等鉆井平臺，電動汽車等等電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲放電噪聲放電噪聲這類干擾源的共同特征是它們起源于放電（這類干擾源的共同特征是它們起源于放電（Disch

22、arging）過程）過程在一個大氣壓的空氣中，曲率半徑較小的兩電極之間加上電壓，當電壓慢慢升高時，最初在一個大氣壓的空氣中，曲率半徑較小的兩電極之間加上電壓，當電壓慢慢升高時，最初電流很?。ǚQ之為暗流），但是，當電極的尖端因局部電場強度達到空氣電離的臨界值時電流很?。ǚQ之為暗流），但是，當電極的尖端因局部電場強度達到空氣電離的臨界值時氣體電離，滿足以下氣體擊穿條件：氣體電離，滿足以下氣體擊穿條件：式中，式中，d是兩電極之間的距離；是兩電極之間的距離； 為一個電子沿著陰極向陽極方向運動單位路程時與氣體為一個電子沿著陰極向陽極方向運動單位路程時與氣體原子碰撞所產(chǎn)生的電離次數(shù)。原子碰撞所產(chǎn)生的電離次

23、數(shù)。 為一個正離子轟擊陰極表面時從陰極溢出的二次電子數(shù)。為一個正離子轟擊陰極表面時從陰極溢出的二次電子數(shù)。上式表明，陰極的一個電子在飛向陽極的過程中共產(chǎn)生上式表明，陰極的一個電子在飛向陽極的過程中共產(chǎn)生 次電離碰撞，次電離碰撞，因而產(chǎn)生同樣數(shù)目的正離子，這些電子的數(shù)目仍為因而產(chǎn)生同樣數(shù)目的正離子，這些電子的數(shù)目仍為1。這樣就保持了放電的自持。這樣就保持了放電的自持特性。特性。 )1(0ddxe0(1)1ddxe電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲放電噪聲放電噪聲開始時，在該尖端附近產(chǎn)生電暈放電（正常輝光放電段開始時，在該尖端附近產(chǎn)生電暈放電（正常輝光放電段CD），若電壓繼續(xù)加高

24、，則繼而形成火），若電壓繼續(xù)加高，則繼而形成火花放電（異常輝光放電段花放電（異常輝光放電段DE）,最后過度到弧光放電（最后過度到弧光放電（F段）。氣體放電的全段）。氣體放電的全V-I放電特性放電特性 一個大氣壓的空氣中氣體放電的全一個大氣壓的空氣中氣體放電的全V-I特性示意圖特性示意圖在放電過程中，屬于在放電過程中，屬于持續(xù)放電的有電暈放持續(xù)放電的有電暈放電和弧光放電。屬于電和弧光放電。屬于瞬態(tài)放電的有靜電放瞬態(tài)放電的有靜電放電和電火花放電。伴電和電火花放電。伴隨著上述這些放電過隨著上述這些放電過程產(chǎn)生的放電噪聲，程產(chǎn)生的放電噪聲，通常均會產(chǎn)生通常均會產(chǎn)生 電磁干電磁干擾，有時對電路、裝擾，有

25、時對電路、裝置置 會造成危害。會造成危害。電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲(1)靜電放電靜電放電 （Electrostatic Discharge -ESD） 靜電早為人們所知，并被廣泛的應用于靜電復印，靜電除塵，靜電噴涂等許多場合。可靜電早為人們所知，并被廣泛的應用于靜電復印，靜電除塵，靜電噴涂等許多場合?？墒牵唇?jīng)過控制的靜電放電是，未經(jīng)過控制的靜電放電ESD，自，自60年代以來，已經(jīng)日益成為一個對電子工業(yè)造成危害的年代以來，已經(jīng)日益成為一個對電子工業(yè)造成危害的重要干擾源。重要干擾源。靜電的產(chǎn)生：兩種材料相靜電的產(chǎn)生：兩種材料相互摩擦和緊隨著分離會產(chǎn)互摩擦和緊隨著分離會產(chǎn)生靜電（摩擦效

26、應）生靜電（摩擦效應）靜電放電的大小不但與靜電放電的大小不但與電子親和力有關，同時電子親和力有關，同時也與材料表面的清潔度，也與材料表面的清潔度，接觸壓力，分離時間等接觸壓力，分離時間等有關系有關系放電噪聲放電噪聲按照材料電子親和力的次序列出一些典型的材料的摩按照材料電子親和力的次序列出一些典型的材料的摩擦順序列表。處于頂端的材料易于失去電子而生成正擦順序列表。處于頂端的材料易于失去電子而生成正電，處于底端的材料則易于獲得電子而帶負電。電，處于底端的材料則易于獲得電子而帶負電。電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲典型的靜電電壓舉例：典型的靜電電壓舉例：由以上的例子了解，在一塊絕

27、緣體上建立的靜電電壓有時可以高達幾千至由以上的例子了解，在一塊絕緣體上建立的靜電電壓有時可以高達幾千至幾萬伏。因為它上面的電荷不能自由移動，所以不可能引起靜電放電而直幾萬伏。因為它上面的電荷不能自由移動，所以不可能引起靜電放電而直接帶來什么問題。可是，真正的危險在于該絕緣體的高電位會在附近的導接帶來什么問題。可是，真正的危險在于該絕緣體的高電位會在附近的導體（金屬，碳棒，人體等）上產(chǎn)生感應電荷，而導致靜電放電。體（金屬，碳棒，人體等）上產(chǎn)生感應電荷，而導致靜電放電。電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲以主要靜電感應干擾源之一，人的身體為例，圖中絕緣體以主要靜電感應干擾源之一，人

28、的身體為例，圖中絕緣體I可以是人的衣可以是人的衣服，鞋，襪等物體，也可以是人體的皮膚。服，鞋，襪等物體，也可以是人體的皮膚。靜電感應的過程靜電感應的過程靜電感應：帶電絕緣體靜電感應：帶電絕緣體I 產(chǎn)生的靜電場產(chǎn)生的靜電場在附近的在附近的O產(chǎn)生感應電荷產(chǎn)生感應電荷正負電荷正負電荷物體物體O瞬時接地，電子導入大地瞬時接地，電子導入大地靜電感應的結果使物體靜電感應的結果使物體O上積累了一定的靜電電荷上積累了一定的靜電電荷電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲人體的等效電容和電阻如圖所人體的等效電容和電阻如圖所示，其中示，其中 為等效人體電容，為等效人體電容，它的大小取決于人體與周圍環(huán)它

29、的大小取決于人體與周圍環(huán)境條件，其值在境條件，其值在 之之間，間， 為等效人體電阻，它與為等效人體電阻，它與人身體產(chǎn)生靜電放電的具體部人身體產(chǎn)生靜電放電的具體部位有關，其大小在位有關，其大小在 之間，等效電感用以等效放電之間，等效電感用以等效放電電流的上升時間，通常取電流的上升時間，通常取0.1 以下，以下， 用以等效人體因靜電用以等效人體因靜電感應積累的等效電荷效應，其感應積累的等效電荷效應，其數(shù)值在數(shù)值在020kv之間。之間。在工業(yè)部門常用的人體靜電放在工業(yè)部門常用的人體靜電放電模型中，等效存儲能量視具電模型中，等效存儲能量視具體情況。體情況。人體的等效電容和電阻人體的等效電容和電阻bCp

30、F25050bRk10500電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲顯然，如果人體接觸一塊電路板或電子裝置的某一部分時，就可能造成靜電放電。顯然，如果人體接觸一塊電路板或電子裝置的某一部分時，就可能造成靜電放電。 3500V時，靜電放電電流可能不一定為人們感覺到，但一些現(xiàn)代場控器件，甚時，靜電放電電流可能不一定為人們感覺到，但一些現(xiàn)代場控器件，甚至因為幾百伏的靜電放電就可能損壞。下表表示了一些常見半導體器件的靜電放至因為幾百伏的靜電放電就可能損壞。下表表示了一些常見半導體器件的靜電放電損壞電壓參考值，供同學們學習參考。電損壞電壓參考值，供同學們學習參考。26 電力晶體管電力晶體管電

31、力晶體管（Giant TransistorGTR，直譯為巨型晶體管） 。耐高電壓、大電流的雙極結型晶體管（Bipolar Junction TransistorBJT），英文有時候也稱為Power BJT。 應用應用20世紀80年代以來，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被IGBT和電力MOSFET取代。術語用法術語用法：電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲27 電力晶體管電力晶體管1）GTR的結構和工作原理的結構和工作原理圖圖1-15 GTR的結構、電氣圖形符號和內(nèi)部載流子的流動的結構、電氣圖形符號和內(nèi)部載流子的流動 a) 內(nèi)部結構斷面示意圖內(nèi)部結構斷面示意圖 b)

32、電氣圖形符號電氣圖形符號 c) 內(nèi)部載流子的流動內(nèi)部載流子的流動電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲 電力晶體管電力晶體管在應用中，GTR一般采用共發(fā)射極接法。集電極電流ic與基極電流ib之比為 GTR的電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)，反映了基極電流對集電極電流的控制能力 。當考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流Iceo時，ic和ib的關系為 ic= ib +Iceo 單管GTR的 值比小功率的晶體管小得多，通常為10左右，采用達林頓接法可有效增大電流增益。bcii空穴流空穴流電電子子流流c)EbEcibic= ibie=(1+ ) )ib1）GTR的結構和工作原理的結構和工作原理電磁干擾

33、源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲分為結型結型和絕緣柵型絕緣柵型通常主要指絕緣柵型絕緣柵型中的MOSMOS型型（Metal Oxide Semiconductor FET）簡稱電力MOSFET（Power MOSFET）結型電力場效應晶體管一般稱作靜電感應晶體管（Static Induction TransistorSIT） 特點特點用柵極電壓來控制漏極電流用柵極電壓來控制漏極電流驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小。驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小。開關速度快，工作頻率高。開關速度快，工作頻率高。熱穩(wěn)定性優(yōu)于熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR。電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過電流容量小，耐壓低，

34、一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置的電力電子裝置 。電力場效應晶體管電力場效應晶體管電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲電力電力MOSFET的種類的種類 按導電溝道可分為P溝道溝道和N溝道溝道。 耗盡型耗盡型當柵極電壓為零時漏源極之間就存在導電溝道。 增強型增強型對于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時才存在導電溝道。 電力MOSFET主要是N溝道增強型溝道增強型。DATASHEET1）電力）電力MOSFET的結構和工作原理的結構和工作原理電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲電力電力MOSFET的結構的結構是單極型晶體管。是單極型晶體管。導電機理

35、與小功率導電機理與小功率MOS管相同，但結構上有較大區(qū)別。管相同，但結構上有較大區(qū)別。采用多元集成結構，不同的生產(chǎn)廠家采用了不同設計。采用多元集成結構，不同的生產(chǎn)廠家采用了不同設計。N+GSDP溝道b)N+N-SGDPPN+N+N+溝道a)GSDN溝道圖1-19圖圖1-19 電力電力MOSFET的結構和電氣圖形符號的結構和電氣圖形符號電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷ｋ娏OSFET大都采用垂直導電結構，又稱為VMOSFET（Vertical MOSFET）。按垂直導電結構的差異，分為利用V型槽實現(xiàn)垂直導電的VVMOSFET和具有垂直導電雙擴散M

36、OS結構的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET）。這里主要以VDMOS器件為例進行討論。電力電力MOSFET的結構的結構電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲截止截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結J1反偏，漏源極之間無電流流過。導電導電：在柵源極間加正電壓UGS當UGS大于UT時，P型半導體反型成N型而成為反型層反型層，該反型層形成N溝道而使PN結J1消失，漏極和源極導電 。N+GSDP溝道b)N+N-SGDPPN+N+N+溝道a)GSDN溝道圖1-19圖圖1-19 電力電力MOSFET的結構和電

37、氣圖形符號的結構和電氣圖形符號電力電力MOSFET的工作原理的工作原理電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管兩類器件取長補短結合而成的復合器件Bi-MOS器件絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gate Bipolar TransistorIGBT或IGT）(DATASHEET 1 2 )GTR和MOSFET復合，結合二者的優(yōu)點。1986年投入市場，是中小功率電力電子設備的主導器件。繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期再取代GTO的地位。 GTR和和GTO的特點的特點雙極型，電流驅(qū)動，有電導調(diào)制效應，雙極型，電流驅(qū)動，有電導調(diào)制效應，通流能力很強，開關

38、速度較低，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復雜。通流能力很強，開關速度較低，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復雜。 MOSFET的優(yōu)點的優(yōu)點單極型，電壓驅(qū)動，開關速度快，輸入阻單極型，電壓驅(qū)動，開關速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小而且驅(qū)動電路簡單。抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小而且驅(qū)動電路簡單。電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲351) IGBT的結構和工作原理的結構和工作原理三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極EEGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+發(fā)射極 柵極集電極注入?yún)^(qū)緩沖區(qū)漂移區(qū)J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)圖圖1-22 IG

39、BT的結構、簡化等效電路和電氣圖形符號的結構、簡化等效電路和電氣圖形符號a) 內(nèi)部結構斷面示意圖內(nèi)部結構斷面示意圖 b) 簡化等效電路簡化等效電路 c) 電氣圖形符號電氣圖形符號電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲圖1-22aN溝道VDMOSFET與GTR組合N溝道IGBT。IGBT比VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，具有很強的通流能力。簡化等效電路表明，IGBT是GTR與MOSFET組成的達林頓結構，一個由MOSFET驅(qū)動的厚基區(qū)PNP晶體管。RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。EGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+發(fā)射極 柵極集電極注入?yún)^(qū)緩沖區(qū)漂移區(qū)J3J2J1GEC+-+-

40、+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)圖圖1-22 IGBT的結構、簡化等效電路和電氣圖形符號的結構、簡化等效電路和電氣圖形符號a) 內(nèi)部結構斷面示意圖內(nèi)部結構斷面示意圖 b) 簡化等效電路簡化等效電路 c) 電氣圖形符號電氣圖形符號 IGBT的結構的結構電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲(2)電暈放電噪聲電暈放電噪聲電暈放電噪聲主要來自高壓輸電線，它屬于一種持續(xù)的放電電暈放電噪聲主要來自高壓輸電線，它屬于一種持續(xù)的放電干擾源。它的放電本質(zhì)是輸電線附近的空氣產(chǎn)生電離，發(fā)生干擾源。它的放電本質(zhì)是輸電線附近的空氣產(chǎn)生電離，

41、發(fā)生輝光（電暈）放電。伴隨著放電過程，產(chǎn)生電磁波輻射干擾。輝光（電暈）放電。伴隨著放電過程，產(chǎn)生電磁波輻射干擾。實驗數(shù)據(jù)表明，在輸電線垂直方向上電暈噪聲強度的衰減與實驗數(shù)據(jù)表明，在輸電線垂直方向上電暈噪聲強度的衰減與距離的平方成反比，而在距離的平方成反比，而在15kHZ400MHZ的頻率范圍內(nèi)，的頻率范圍內(nèi)，其衰減則和頻率成反比。電暈放電噪聲，主要對電力線載波其衰減則和頻率成反比。電暈放電噪聲，主要對電力線載波電話，低頻航空無線電以及調(diào)幅廣播等產(chǎn)生干擾，對于電池電話，低頻航空無線電以及調(diào)幅廣播等產(chǎn)生干擾，對于電池和調(diào)頻廣播產(chǎn)生干擾不大。和調(diào)頻廣播產(chǎn)生干擾不大。航空，航天對于電暈放電噪聲十分嚴格

42、航空，航天對于電暈放電噪聲十分嚴格電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲(3)輝光放電（輝光放電（GLOE Discharge） 持續(xù)持續(xù)的輝光放電物理現(xiàn)象已廣泛地應用于離子管，等離子反應器和低壓氣體放電燈中。除的輝光放電物理現(xiàn)象已廣泛地應用于離子管，等離子反應器和低壓氣體放電燈中。除此以外，在人們此以外，在人們所處的所處的電磁環(huán)境中，還存在一些不控的輝光放電干擾源。例如，電氣開關接通電磁環(huán)境中，還存在一些不控的輝光放電干擾源。例如，電氣開關接通（或斷開）的瞬間，當開關兩觸頭間的距離在由（或斷開）的瞬間，當開關兩觸頭間的距離在由“分開分開”（或閉合）過渡到（或閉合）過渡到“閉合閉

43、合”（或分開）（或分開）的狀態(tài)時，在一定的觸頭間隙內(nèi)，觸頭之間也會產(chǎn)生的狀態(tài)時，在一定的觸頭間隙內(nèi)，觸頭之間也會產(chǎn)生“輝光放電輝光放電”現(xiàn)象。所以，輝光放電噪聲現(xiàn)象。所以，輝光放電噪聲引起的干擾可能是持續(xù)的，也可能是瞬態(tài)的，它的特點是中壓，小電流。引起的干擾可能是持續(xù)的，也可能是瞬態(tài)的，它的特點是中壓，小電流。下面重點分析開關觸頭接通或者斷開過程中的輝光放電過程。下面重點分析開關觸頭接通或者斷開過程中的輝光放電過程。如前所述，當滿足條件，兩觸頭之間的空氣電離如前所述，當滿足條件，兩觸頭之間的空氣電離。擊穿電壓（擊穿電壓（ ）是電極間氣體，氣體壓）是電極間氣體，氣體壓力和觸頭之間的距離的函數(shù)力和

44、觸頭之間的距離的函數(shù)zU由圖可見，當兩觸頭之間的距離為由圖可見，當兩觸頭之間的距離為0.0076mm時，擊穿電壓最低，其典型時，擊穿電壓最低，其典型值值320V，而維持輝光放電的電壓則略低，而維持輝光放電的電壓則略低于于320V，約為，約為300V左右。左右。中壓中壓 小電流小電流電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲(4)弧光放電弧光放電持續(xù)弧光放電的典型應用時電弧焊接和高壓氣體放電燈等。持續(xù)弧光放電的典型應用時電弧焊接和高壓氣體放電燈等。 除此之外，與輝光放電類似，當電除此之外，與輝光放電類似，當電氣開關換接時，開關兩接頭之間在氣開關換接時，開關兩接頭之間在“開開”“”“關關

45、”瞬間也會產(chǎn)生不控的弧光放瞬間也會產(chǎn)生不控的弧光放電過程，這一過程會導致斷續(xù)的電磁干擾。電過程，這一過程會導致斷續(xù)的電磁干擾?；」夥烹姷牡湫吞攸c與輝光放電的特點相弧光放電的典型特點與輝光放電的特點相對偶對偶-低壓，大電流，它與輝光放電在低壓，大電流，它與輝光放電在物理本質(zhì)上的根本區(qū)別是它源于陰極電子物理本質(zhì)上的根本區(qū)別是它源于陰極電子發(fā)射而與氣體電離無關。發(fā)射而與氣體電離無關。(5)高頻電火花干擾高頻電火花干擾在實際工業(yè)現(xiàn)場和日常生活中，除了前述哪些持續(xù)或斷續(xù)在實際工業(yè)現(xiàn)場和日常生活中，除了前述哪些持續(xù)或斷續(xù)的輝光，弧光放電造成的電磁輻射干擾以為，還有很多電的輝光，弧光放電造成的電磁輻射干擾以

46、為，還有很多電力電子設備（如汽車發(fā)動機點火裝置，電焊機，高頻電火力電子設備（如汽車發(fā)動機點火裝置，電焊機，高頻電火花切割機等），更是直接的電磁干擾源，這些設備的電火花切割機等），更是直接的電磁干擾源，這些設備的電火花能量很大，電磁干擾強度也很強?；芰亢艽螅姶鸥蓴_強度也很強。低壓低壓 大電流大電流電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲電磁波輻射噪聲電磁波輻射噪聲前節(jié)所分析的各種放電噪聲，是指前節(jié)所分析的各種放電噪聲，是指因放電產(chǎn)生的電磁波輻射噪聲，對因放電產(chǎn)生的電磁波輻射噪聲，對電子設備和系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾。而在電子設備和系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾。而在這一部分討論的則主要是指各種電這一部分討

47、論的則主要是指各種電磁波輻射裝置。向空間發(fā)射電磁波磁波輻射裝置。向空間發(fā)射電磁波所造成的電磁環(huán)境污染的問題。這所造成的電磁環(huán)境污染的問題。這里所指的電磁波輻射裝置，是泛指里所指的電磁波輻射裝置，是泛指所有可能輻射電磁波的電子裝置，所有可能輻射電磁波的電子裝置，例如無線電電視廣播，通訊，遙感，例如無線電電視廣播，通訊，遙感，遙控，遙測，雷達等各種發(fā)射機，遙控，遙測，雷達等各種發(fā)射機，這些裝置以向空間輻射電磁波為目這些裝置以向空間輻射電磁波為目的，但它們同時也會在相應的發(fā)射的，但它們同時也會在相應的發(fā)射頻率（包括它們的高次諧波）范圍頻率（包括它們的高次諧波）范圍內(nèi)對其他電子裝置造成干擾。內(nèi)對其他電

48、子裝置造成干擾。此外，還有一些裝置（例如中頻，此外，還有一些裝置（例如中頻，高頻感應加熱電源，高頻開關電高頻感應加熱電源，高頻開關電源，電子鎮(zhèn)流器，超聲波發(fā)生器，源，電子鎮(zhèn)流器，超聲波發(fā)生器，高速數(shù)字脈沖電路，核電磁脈沖高速數(shù)字脈沖電路，核電磁脈沖等）雖然不以向空間輻射電磁波等）雖然不以向空間輻射電磁波為目的，但是，它們也會在運行為目的，但是，它們也會在運行時，產(chǎn)生很強的電磁場。這些輻時，產(chǎn)生很強的電磁場。這些輻射電磁場當然也會構成對電磁環(huán)射電磁場當然也會構成對電磁環(huán)境污染，在電力電子系統(tǒng)中，絕境污染，在電力電子系統(tǒng)中，絕大多數(shù)輻射噪聲源的頻率不是很大多數(shù)輻射噪聲源的頻率不是很高，多屬于近場輻

49、射電磁場干擾高，多屬于近場輻射電磁場干擾源源電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲放電噪聲放電噪聲電磁波輻射噪聲電磁波輻射噪聲電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲半導體器件開關半導體器件開關半導體器件開關過程和變流電路引起的噪聲半導體器件開關過程和變流電路引起的噪聲隨著電力電子技術的發(fā)展，利用各種現(xiàn)代功率半導體快速開關特性構成的各種半導體變流隨著電力電子技術的發(fā)展，利用各種現(xiàn)代功率半導體快速開關特性構成的各種半導體變流裝置，日益廣泛地應用于工業(yè)，商業(yè)，醫(yī)療，家電當中。它們帶來的電磁環(huán)境污染問題，裝置，日益廣泛地應用于工業(yè)，商業(yè)，醫(yī)療，家電當中。它們帶來的電磁環(huán)境污染問題，已經(jīng)引起了人們廣泛的關注

50、。已經(jīng)引起了人們廣泛的關注。功率半導體器件開關過程造成的電磁干擾功率半導體器件開關過程造成的電磁干擾 所有半導體變流裝置主電路的核心部分是各類現(xiàn)代功率半導體器件，如功率二極管（包括所有半導體變流裝置主電路的核心部分是各類現(xiàn)代功率半導體器件，如功率二極管（包括快速恢復功率二極管）、大功率晶體管（快速恢復功率二極管）、大功率晶體管（BJT）、晶閘管（）、晶閘管（SCR和和GTO），復合場控功率晶體），復合場控功率晶體管（管（IGBT）和功率場效應管（功率）和功率場效應管（功率SIT和功率和功率MOSFET）等。這些裝置的控制部分，常常應用）等。這些裝置的控制部分，常常應用各種大規(guī)模數(shù)字集成電路，各

51、種大規(guī)模數(shù)字集成電路，DSP和和CPU芯片等高速集成電路。在這類電力電子裝置中，無論是芯片等高速集成電路。在這類電力電子裝置中，無論是主回路還是控制回路，在器件開關過程中，都存在著很高的主回路還是控制回路，在器件開關過程中，都存在著很高的di/dt，它們通過線路或元器件的，它們通過線路或元器件的引線電感引起瞬態(tài)電磁噪聲。它們的頻率可高達幾十千赫茲至幾百千赫茲乃至幾兆赫茲，成為引線電感引起瞬態(tài)電磁噪聲。它們的頻率可高達幾十千赫茲至幾百千赫茲乃至幾兆赫茲，成為不可忽視的噪聲源。不可忽視的噪聲源。電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲半導體器件開關半導體器件開關1）功率二極管開關造成的噪聲）功率二極管

52、開關造成的噪聲功率二極管開、關過程中造成瞬態(tài)噪聲功率二極管開、關過程中造成瞬態(tài)噪聲12tt 二極管長基區(qū)大量過剩的載二極管長基區(qū)大量過剩的載流子需要一段時間才能恢復流子需要一段時間才能恢復是一個非常窄是一個非常窄的尖脈沖，電的尖脈沖，電磁噪聲比開通磁噪聲比開通還要強還要強電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲半導體器件開關半導體器件開關實際上，功率二極管反向脈沖電流的幅度、脈沖寬度，和形實際上，功率二極管反向脈沖電流的幅度、脈沖寬度，和形狀，與二級管本身的特性及電路參數(shù)相關。由于反向恢復電狀，與二級管本身的特性及電路參數(shù)相關。由于反向恢復電流脈沖的幅度和流脈沖的幅度和 都很大，他們在引線電感和與

53、其相連都很大，他們在引線電感和與其相連的電路中，會產(chǎn)生很高的感應電壓，從而造成很強的寬頻的的電路中，會產(chǎn)生很高的感應電壓，從而造成很強的寬頻的瞬態(tài)電磁噪聲。瞬態(tài)電磁噪聲。在高頻開關電源，高頻在高頻開關電源，高頻DC/DC諧波變換器以及功率因數(shù)校諧波變換器以及功率因數(shù)校正電路等重復開關頻率較高的變流器中，都要用到快恢復二正電路等重復開關頻率較高的變流器中，都要用到快恢復二極管，它們的反向恢復時間通常在納秒量級，因此他們通過極管，它們的反向恢復時間通常在納秒量級，因此他們通過引線電感造成的瞬態(tài)電磁噪聲是不可忽略的。引線電感造成的瞬態(tài)電磁噪聲是不可忽略的。dtdir/電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁

54、噪聲2）SCR,GTO,BJT,IGBT在開關過程中產(chǎn)生的噪聲在開關過程中產(chǎn)生的噪聲雙極型器件雙極型器件GTO 門極可關斷晶閘管門極可關斷晶閘管BJT 電力晶體管電力晶體管IGBT 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管少少子子半半導導體體器器件件以以SCR為例：由于它包含為例：由于它包含3個個PN結，因此在關斷后的反向恢復電流，要比二結，因此在關斷后的反向恢復電流，要比二極管小得多，因此他們開通時造成的電源噪聲，要比關斷時大。極管小得多，因此他們開通時造成的電源噪聲，要比關斷時大。（A）SCR開通時電流開通時電流 電壓示意圖電壓示意圖（B）開通時產(chǎn)生的噪聲）開通時產(chǎn)生的噪聲電壓與電流的關系電壓與電

55、流的關系SCR的開關過程造成瞬態(tài)噪聲的開關過程造成瞬態(tài)噪聲半導體器件開關半導體器件開關電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲GTO門門極極可可關關斷斷晶晶閘閘管管GTO 門極可關斷晶閘管開關過程中的陽極電壓，電流波形及門極電壓，電流波形，分別如下圖所示門極可關斷晶閘管開關過程中的陽極電壓，電流波形及門極電壓，電流波形，分別如下圖所示由于依靠門極反向抽流關斷，門極的低電流增益導致它在關斷時，門極電流和電壓也會產(chǎn)生陡由于依靠門極反向抽流關斷，門極的低電流增益導致它在關斷時，門極電流和電壓也會產(chǎn)生陡峭的大電流和電壓脈沖，有時候還會因門極電路寄生電容和電感的影響而產(chǎn)生震蕩。因此，門峭的大電流和電壓脈沖，

56、有時候還會因門極電路寄生電容和電感的影響而產(chǎn)生震蕩。因此，門極電路產(chǎn)生的電磁噪聲，常常變成極電路產(chǎn)生的電磁噪聲，常常變成GTO中中EMI問題的主要方面。問題的主要方面。半導體器件開關半導體器件開關電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲BJT的情況與的情況與GTO情況類似，只是它的開關速度比情況類似，只是它的開關速度比GTO快，快，開關時間在微妙量級，所以在它的集電極電流和電壓變化開關時間在微妙量級，所以在它的集電極電流和電壓變化造成的瞬態(tài)電磁噪聲要比造成的瞬態(tài)電磁噪聲要比GTO嚴重得多。嚴重得多。BJT 電力晶體管電力晶體管IGBT 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBT屬于多子少子混合器件，

57、開關速度比屬于多子少子混合器件，開關速度比BJT更快，所更快，所以其電流變化造成的瞬態(tài)電磁噪聲比以其電流變化造成的瞬態(tài)電磁噪聲比BJT更大。但是由于更大。但是由于它是電壓控制器件，所以它的門極電路所造成的瞬態(tài)電磁它是電壓控制器件，所以它的門極電路所造成的瞬態(tài)電磁噪聲可以忽略不計。噪聲可以忽略不計。半導體器件開關半導體器件開關電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲3）功率場效應管（）功率場效應管（MOSFET）在開關過程中造成的噪）在開關過程中造成的噪聲聲功率場效應管屬于多子器件，不存在反向恢復問題。但是開關過程中功率場效應管屬于多子器件，不存在反向恢復問題。但是開關過程中di/dt可可以達到很高

58、的數(shù)值，因而作用在電路中的寄生電感（電容）上，會產(chǎn)生很高的以達到很高的數(shù)值，因而作用在電路中的寄生電感（電容）上，會產(chǎn)生很高的瞬態(tài)電壓，電流和引起震蕩。所以，它與高速數(shù)字脈沖電路中所用的高速門電瞬態(tài)電壓，電流和引起震蕩。所以，它與高速數(shù)字脈沖電路中所用的高速門電路一樣，產(chǎn)生的瞬態(tài)點噪聲是不容忽視的。路一樣，產(chǎn)生的瞬態(tài)點噪聲是不容忽視的。4）高速數(shù)字脈沖電路中的門電路造成的開關噪聲）高速數(shù)字脈沖電路中的門電路造成的開關噪聲一塊邏輯門數(shù)字集成電路工作時，雖然只抽取幾毫安的電流，似乎不會造成什么噪一塊邏輯門數(shù)字集成電路工作時，雖然只抽取幾毫安的電流，似乎不會造成什么噪聲?？墒?，出于他們的開關速度很高

59、，加上與它連接的那些導線的引線電感，使它聲?？墒牵鲇谒麄兊拈_關速度很高，加上與它連接的那些導線的引線電感，使它們也成為不可忽視的噪聲源。因為當門電路的電流流過這些引線電感時，在它上面?zhèn)円渤蔀椴豢珊鲆暤脑肼曉础Ｒ驗楫旈T電路的電流流過這些引線電感時，在它上面產(chǎn)生的電壓為：產(chǎn)生的電壓為：其中，其中，L是引線電感的數(shù)值，是引線電感的數(shù)值，di/dt是流過電路的電流變化率是流過電路的電流變化率dtdiLU 半導體器件開關半導體器件開關電力半導體器件的發(fā)展電力半導體器件的發(fā)展 電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲半導體器件開關半導體器件開關電力半導體器件的容量與頻率特性電力半導體器件的容量與頻率特性電磁

60、干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲半導體器件開關半導體器件開關高壓變頻器的種類交交-交變頻調(diào)速交變頻調(diào)速交交-直直-交變頻調(diào)速交變頻調(diào)速傳統(tǒng)交傳統(tǒng)交-交變頻調(diào)速交變頻調(diào)速新型交新型交-交變頻調(diào)速交變頻調(diào)速電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲半導體器件開關半導體器件開關傳統(tǒng)的交傳統(tǒng)的交- -交變頻調(diào)速交變頻調(diào)速u優(yōu)點優(yōu)點: :結構簡單可靠結構簡單可靠, ,功率等級大功率等級大 u缺點缺點: :不能實現(xiàn)寬范圍的連續(xù)調(diào)頻控制不能實現(xiàn)寬范圍的連續(xù)調(diào)頻控制, ,功率因數(shù)低功率因數(shù)低, ,轉矩轉矩脈動大，諧波分量造成的鐵損較大脈動大，諧波分量造成的鐵損較大 電磁干擾源電磁干擾源電磁噪聲電磁噪聲半導體器件開關