電磁兼容培訓雷擊浪涌案例分析課件

1、Lighting/Surge AnalysisRarkii Liu, 2013.61、雷擊浪涌防護原理2、雷擊浪涌分析思路3、雷擊浪涌傳播形式系統(tǒng)工程、硬件工程、Layout、測試工程及相關感興趣人員3小時劉勛武提高我司的雷擊浪涌設計水平，拓寬工程師的雷擊浪涌故障分析思路，提高我司的產品的雷擊浪涌防護能力。培訓目的培訓對象培訓講師學習重點培訓課時Agenda雷擊浪涌介紹雷擊浪涌標準雷擊浪涌防護原理雷擊浪涌案例分析雷擊浪涌介紹雷擊的分類及危害分類直擊雷感應雷危害云層之間的放電主要對飛行器有危害云層對大地的放電，則對建筑物、電子電氣設備和人、畜危害甚大。雷擊的危害雷擊風險評估必要性：據統(tǒng)計，全世界

2、約有4萬多各雷暴中心，每天大約有8百萬次雷擊，這意味著每秒鐘至少有100次雷擊。因此，雷擊風險評估非常有必要。定義：根據雷電及其災害特征進行分析，對可能導致的人員傷亡、財產損失程度與危害程度等方面的綜合風險計算，為建設工程項目選址和功能分區(qū)布局、防雷類別與防雷措施確定等提出建設性意見的一種評價方法。雷擊電壓的計算正方形回路的互感正方形回路的過電壓計算并行電纜回路電感并行電纜回路過電壓計算浪涌的產生浪涌指瞬間出現超出穩(wěn)定值的峰值，它包括浪涌電壓和浪涌電流。浪涌電壓是指的超出正常工作電壓的瞬間過電壓。浪涌電流是指電源接通瞬間或是在電路出現異常情況下產生的遠大于穩(wěn)態(tài)電流的峰值電流或過載電流。浪涌的危

3、害在電子設計中，浪涌主要指的是電源（只是主要指電源）剛開通的那一瞬息產生的強力脈沖，由于電路本身的非線性有可能高于電源本身的脈沖；或者由于電源或電路中其它部分受到本身或外來尖脈沖干擾叫做浪涌.它很可能使電路在浪涌的一瞬間燒壞，如PN結電容擊穿，電阻燒斷等等. 而浪涌保護就是利用非線性元器件對高頻（浪涌）的敏感設計的保護電路，簡單而常用的是并聯(lián)大小電容和串聯(lián)電感.雷擊浪涌標準IEC雷擊標準A、IEC61024系列（直擊雷防護系列） IEC61024-1： 1990 建筑物防雷 第一部分： 通則 IEC6102411：1993 建筑物防雷 第一部分： 通則 第一分部分： 指南A防雷裝置保護級別的選

4、 擇IEC6102412：1998 建筑物防雷 第一部分： 通則 第二分部分： 指南B防雷裝置的設計、施工、維護和檢測 IEC610242： （草案） 建筑物高于60M的附加要求 IEC610243： （草案） 火災爆炸環(huán)境物的附加要求B、IEC61312系列（雷擊電磁脈沖防護系列）1995 IEC613121： 雷擊電磁脈沖的防護 第一部分： 通則 IEC613122： 雷擊電磁脈沖的防護 第二部分： 建筑物的屏蔽，等電位連接及接地 IEC613123： 雷擊電磁脈沖的防護 第三部分 浪涌對電涌保護器（SPD）的要求 IEC613124： 雷擊電磁脈沖的防護 第四部分 現在建筑物內信息系統(tǒng)的

5、保護 IEC613125： 雷擊電磁脈沖的防護 第五部分 應用指南 C、TC81還出版了對TC81標準的補充完善標準 IEC61662： 雷擊損害危險度評估準IEC雷擊標準（續(xù)）IEC61663： 關于通信線路的防雷 IEC61819： 模擬防雷裝置各部件效應的測量參數 TC64標準系列： IEC606641： 1992 低壓系統(tǒng)內設備的絕緣配合 第一部分 原則、要求及測試 IEC603644： 1992 建筑物的電氣設施 第四部分 安全保護 IEC603645534：1997 建筑物的電氣設施 第五部分 電子設備的選擇與安裝、 第534節(jié) 過電壓保護器件 IEC605362： 1992 防止

6、電擊保護系列 TC73標準系列； IEC616431： 1998 接至低壓配電系統(tǒng)的浪涌保護器 第一部分 性能及測試要求 IEC616432： 1997 低壓系統(tǒng)的電涌保護器 第二部分 選擇和使用 TC73還出版了接入通訊和信號網絡的過電壓保護器以及元件的技術標準（IEC61643-3、IEC61644、IEC616471/2/3/4） TC77還出版了大量有關電磁兼容的文件，其中IEC610004是關于電磁兼容性和電磁干擾的防護，與防雷有關ITU雷擊標準K.11 過電壓和過電流防護的原則 K.12 電信裝置保護用氣體放電管的特性 K.15 遠共系統(tǒng)和線路中繼器對雷電和臨近電力線路引起的干擾的

7、防護 K.17 為檢驗防外界干擾的裝置在固定器件遠共中繼器上的試驗 K.20 電信交換設備耐過電壓和過電流的能力 K.21 用戶終端設備耐過電壓和過電流的能力K.22 連接至ISDN T/S總線的設備的耐過電壓能力 K.25 光纜的保護K.27 電信大樓內的邊接結構和接地 K.28 電信設備保護用半導體避雷器組件的特性 K.29 地下通信電纜、光纜的綜合保護方案 ITU雷擊標準（續(xù)）K.30 正溫系數（PTC）熱敏電阻K.31 用戶大樓內電信裝置的連接結構和接地 K.32 電信設備的抗靜電放電干擾性要求和試驗方法基本的（EMC）建議 K.33 交流電力和交流電氣化鐵道裝置發(fā)生故障時對電信系統(tǒng)產

8、生耦合時的人身安全極限值 K.34 電信設備的電磁環(huán)境條件分類快速瞬變及射頻現象K.35 遠端電子站的連接結構和接地 K.36 保護文件的選擇 K.39 通信局站雷電損害危險的評估 K.40 電信中心LEMP的防護 K.42 制定電信設備的發(fā)射和抗擾性要求標準總則 K.43 電信設備的抗擾性要求GB雷擊標準計算機場地安全要求 GB288789， 1989年 電子計算機機防設計規(guī)范 GB50174-93： 1993 民用建筑電氣設計規(guī)范 JGJ/T16-92： 1993建筑物防雷規(guī)范GB5005794YD-T 728-1994 電話機防雷技術要求及測試方法YD-T 993-2006 電信終端設備

9、防雷技術要求及試驗方法GB 17626.05_1999 浪涌沖擊抗擾度實驗GB 17626.05_1999 IEC61000-4-5RCRS1RMRS2UcCLr開路電壓（1.2/50us）： 上升時間T1=1.67T=1.2us+30% 半峰值時間T2=50us+20%短路電流（8/20us） 上升時間T1=1.25T=8us+30% 半峰值時間T2=20us+20% 雷擊浪涌防護原理LANCOMMODEMPOWER簡述從EMC三要素出發(fā)源頭，不可控制，雷擊能量時大時小路徑，盡量控制或者遠離雷擊電流路徑敏感體，盡量提高敏感體的抗雷擊能力從EMC防護技術出發(fā)接地屏蔽保護等電位連接Lightin

10、g Protection Zone進出線纜端口的防雷等電位連接設備的等電位保護分級保護共模與差模IO1IO2IDMICM2ICM1雷擊能量通常以共模的形式通過線纜注入到設備當中，在傳播過程中，共模能量轉換成驅動門電路的差模能量將門電路擊穿，或者其他介質擊穿損毀。雷擊浪涌案例分析案例一現象描述： S78項目使用博通平臺，在進行雷擊測試的時候6KV損壞MODEM模塊電路，兩個0歐姆電阻被打爆，三極管被打黑，周圍的介質被燒糊。兩個被燒糊的電阻被打黑的兩個三極管案例一（續(xù)）分析驗證： 經驗證，發(fā)現三極管并沒損壞，損壞的是0歐姆電阻。 對比老版本，原理圖基本沒有大的變化，Layout差別較大，兩個470

11、pF的高壓電容放的位置比較遠，且從接口進來到高壓電容的管腳的引線比較細而長。案例一（續(xù)）兩個高壓電容兩個零歐電阻兩個三極管案例一（續(xù)）整改方案： 如上圖所述，共模雷擊能量經由電話信號線纜向內部PCB電路進行沖擊，通過電源適配器處的數字GND返回。 雷擊返回GND的路徑有三條：兩個高壓電容， 經過兩個0歐姆的兩個三極管組成的電橋 。最初的防雷設計路徑為通過兩個高壓電容來吸收雷擊能量，減少雷擊能量向MODEM內部電路釋放的沖擊。 由于沖向MODEM內部電路的雷擊電流增大，兩個0歐姆電阻所承受的功率也跟著增大。因此，將0歐姆電阻從0603封裝改成0805，增大電阻的瞬間承受功率，或者用兩個0603代

12、替也可解決問題，這是成本最低的方法。當然，可以加兩個雷擊管代替高壓電容，這就昂貴了。案例二現象描述： T100在進行雷擊測試當中，能通過4KV的差模測試，卻通過不了3KV的共模測試，測試發(fā)現數字部分的MODEM解調IC被打爆。案例二(續(xù)）變壓器的絕緣物質沒被打壞，而U7被打掛了，由共模擊穿所致案例二(續(xù)）整改方案 雷擊從線纜注入，流入到電源GND，途徑了MODEM電路，再經過變壓器到數字部分，將數字部分的U7打爆，而旁邊的U12由于串聯(lián)的電阻很大而具有相對高的抗雷擊能力。變壓器的絕緣系數沒被打壞，因此電氣參數良好。 T100的變壓器跟S78具有很大差別，變壓器的繞合系數非常高，導致雷擊能量從模

13、擬部分進入到數字電路的能量大小變的很大，最終將U7打爆。 提高U7的抗雷擊能量顯得不現實，因此改變雷擊的路徑是個可行的辦法，加了兩個共模雷擊管而減少從變壓器耦合的雷擊能量將問題完全解決。方案優(yōu)化： 經過對敏感IC的對比研究，最后只加一個防雷管OK；次級的IC被打爆AB 假設防雷管的嵌位電源為Uc，那么，在RJ11接口處，A點與B點的共模防雷嵌位電壓分別為： Uca=Uc，Ucb=Uc+Uc=2Uc, Uc的選擇非常重要，IC在雷擊電壓被嵌位到2Uc時，再經由此IC已經不會損壞了。案例三現象描述： S90D應用了新MODEM方案，在雷擊5KV測試中，數字MODEM芯片被打爆。此外，S90D在RE

14、水平極化測試中，800MHz1GHz超標2dB。4729.358329.8017.3147.1147.000.11QP被打爆的IC雷擊部分：共模雷擊能量經由MODEM接口RJ11流經MODEM模擬部分，再經過兩個33pF的高壓電容，將數字MODEM解調IC打爆。輻射部分：共模噪聲由數字MODEM芯片產生經由高壓電容33pF傳至RJ11口輻射超標；案例三（續(xù)）整改方案方案一：在兩個高壓電容33pF靠近數字MODEM芯片端的兩個PIN上分別加壓敏電阻對GND，提高抗雷擊能量通過6KV共模測試，在這兩個壓敏電阻上方并聯(lián)33pF，解決800MHz1GHz輻射超標問題；、帶來的問題：此數字IO端口加的電

15、容不能過大，芯片差異太大，有的信號上升沿20ns都可以工作，但有的12ns就不能工作；結論：此方案不可行，原因為芯片信號識別的差異性所致。案例三（續(xù)）案例三（續(xù)）方案二：將數字MODEM芯片與高壓電容之間的電阻從56歐姆換成120歐姆，另外再并聯(lián)壓敏電阻（寄生電容為12pF）。這樣信號上升沿為8ns左右，排除了芯片信號識別的差異性，解決了輻射超標與雷擊6KV損壞。帶來的問題：在進行天線TIS靈敏度測試時，發(fā)現在4個頻段基本下降了10dB，大大降低了天線的接受性能；結論：此方案不可行，原因是MODEM芯片發(fā)出到高壓電容的信號不能加電容或帶具有寄生電容的壓敏電阻；嘗試：為實現BOM低成本控制，發(fā)現

16、增大兩個高壓電容間距在PCB上4mm可以提高到5KV測試OK，但此高壓電容大封裝的極不劃算，比現在所用的貴6毛錢以上，而現用的高壓電容偏差很大，總體在3.84.2之間，不符合全部都要在4mm以上的PIN間距離要求。案例三（續(xù)）方案三：去掉RJ11上兩個470pF電容，將其中一個換成BS2300N防雷管，解決共模6KV防雷測試。增加AGND與GND一個470pF電容解決輻射超標800MHz1GHz。這樣，數字MODEM芯片到33pF高壓電容之前參數保持了不變。結論：再次經天線四個頻段的TIS性能測試，發(fā)現毫無影響，因此天線TIS，RF，Lighting綜合方案至此完成。產品設計防雷要點回路路徑器

17、件防雷電路的抗雷性能介質的絕緣性能介質的抗熱性能介質的抗腐蝕性能導體的阻抗及熱熔點半導體的抗雷性能敏感線路不應該在主體雷擊路徑回路路徑應該通暢，對應防雷等級的回路寬度或者橫截面積合適，避免導體熱熔點燒蝕 固體放電管氣體放電管壓敏電阻TVS踏實，奮斗，堅持，專業(yè)，努力成就未來。7月-227月-22Thursday, July 28, 2022弄虛作假要不得，踏實肯干第一名。04:25:1504:25:1504:257/28/2022 4:25:15 AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。7月-2204:25:1504:25Jul-2228-Jul-22重于泰山，輕于鴻毛。04:25:1504:25:1504:25Thursday, July 28, 2022不可麻痹大意，要防微杜漸。7月-227月-2204:25:1504:25:15July 28, 2022加強自身建設，增強個人的休養(yǎng)。2022年7月28日4:25 上午7月-227月-22追求卓越，讓自己更好，向上而生。28 七月 20224:25:15 上午04:25:157月-22嚴格把控質量關，讓生產更加有保障。七月 224:25 上午7月-2204