EMC電源浪涌防護分析方法介紹

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國標與規(guī)定

浪涌防護，是（產(chǎn)品）設(shè)計中的重要一環(huán)。（電源）部分的浪涌防護，尤其重要。

（電源模塊）的浪涌測試標準是參照IEC61000-4-5。該標準適用于（電氣）和（電子）設(shè)備在規(guī)定的工作狀態(tài)下工作時，對由開關(guān)或雷電作用所產(chǎn)生的有一定危害電平的浪涌電壓的反應(yīng)。該標準不對絕緣物耐（高壓）的能力進行試驗，也不考慮直擊雷。

該標準的試驗等級分類如下：

對于電源部分，浪涌沖擊規(guī)定的波形如下：

對于普通的電源浪涌測試，其放電電路內(nèi)阻通常為2Ω，因此短路峰值（電流）通常為開路峰值電壓的一半。

開路電壓的函數(shù)表達式為：

短路電流的函數(shù)表達式：

感興趣者可以對以上兩公式進行傅里葉變換，分析其頻域特性。

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常用防護器件

浪涌防護電路常用的器件主要有3種：瞬態(tài)抑制（二極管）（（TVS））、（壓敏電阻）（MOV）、氣體放電管。

在通流能力上，TVS

在反應(yīng)速度上：TVS>MOV>放電管。時間分別是

在使用中，通常將氣體放電管作為第一級防護，MOV作為第二級防護，tvs作為最后一級防護。即：氣體放電管放在最接近（接口）的位置，MOV稍遠，tvs則主要是保護需要保護的器件。

TVS反應(yīng)快，但是能通過的電流小，且自身結(jié)（電容）大；壓敏電阻結(jié)電容大，能通過的電流較大，但自身阻抗非線性明顯，隨著電流上升，會有較大的殘壓，有壽命損耗；氣體放電管能通過的電流很大，有結(jié)電容小的優(yōu)點，但是反應(yīng)速度慢。且有弧光效應(yīng)，在交流應(yīng)用中，有可能經(jīng)過半波才滅弧，在直流應(yīng)用中，?。ü怆姡褐萍s了直流工作電壓的幅值，如果正常直流工作電壓高于弧光電壓，則導通后會一直導通，直至燒毀。

下圖左圖為壓敏電阻的特性圖；右圖為氣體放電管的特性圖，請參考。

請注意右圖氣體管的波形，Vbk為擊穿電壓，擊穿之后，電壓迅速下降到輝光區(qū)，Vgl為輝光電壓，隨著電流進一步增大，導通電壓進一步降低到弧光區(qū)，Varc為弧光電壓，電流繼續(xù)增大，氣體管維持弧光電壓。當電流減小，電壓從弧光區(qū)進入輝光區(qū)，進而在Vh處熄滅截止。在使用中，一定要保證直流電壓的正常工作范圍低于氣體放電管的弧光電壓，否則氣體放電管會一直導通直至燒毀。

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常用防護電路

如上圖，試圖用不同參數(shù)的壓敏并聯(lián)，或者壓敏和tvs直接并聯(lián)，都是不可取的。這種情況只會將導通電壓低的器件或者導通速度快的器件燒毀。在使用中，應(yīng)該通過電感或者（電阻），將壓敏和tvs隔開，起到分配電流的作用。

下面以常用電路為例進行分析：

主要器件為SMCJ系列tvs，10d470壓敏電阻，與1.1A（PTC），用來控制浪涌。其他器件用來進行靜電和共模干擾的防護。

首先明確，TVS與MOV不可直接并聯(lián)，因此需考慮的就是如何讓TVS和MOV都能有效工作，起到保護作用。意味著在使用中，通過tvs的電流和tvs上的壓降不可超過其限度。多余的電流應(yīng)該有效通過MOV壓敏電阻泄放掉。

以1KV浪涌要求為例，此浪涌的開路峰值電壓為1000V，短路峰值電流為500A。在防護中，只要我們有效泄放掉其電流，則tvs和mov可有效鉗制其電壓。

我們首先查表：

可以得知，SMCJ36CA的最大鉗制電壓為58.1V，瞬間最大脈沖電流為25.8A。我們對兩值分別取55V和25A，可以得到MOV上的泄放電流應(yīng)為500A-25A=475A

從MOV數(shù)據(jù)手冊，根據(jù)其殘壓曲線查下表：

10d470的可用（AC）電壓為30V，因此我們查475A與30線的交匯點，可以得知此時MOV殘壓約為180V，因此用來隔開MOV與tvs的電感或電阻上的壓降應(yīng)為180V-55V=125V，此時通過的電流約為25A，這要求其對于8/20us浪涌電流的阻抗≥5Ω，否則tvs上的電流會偏大。

鑒于我們的電源不允許串入大電阻，因此我們考慮電感，8us的時間內(nèi)，電流從0.1倍峰值上升到0.9倍峰值，電流變化率為25*0.8/8us，阻抗公式U=L*di/dt，

可得到L=Udt/di=1258us/25A/0.8=50uh，預(yù)留余量，我們在測試中采用了100uh，實際效果不錯，可以耐2000V的浪涌沖擊。

用另一方法計算，浪涌主要是傳導干擾而非輻射干擾，頻率主要是幾十khz的成分，假設(shè)頻率中20k為主，Z=2πfL，L=Z/2πf=5/6.28/20000=40uH，與之前結(jié)果相近。

綜合以上，50Uh以上的電感，對浪涌分