在EMC抗扰度测试全家桶里,浪涌是能量最大、冲击最狠的一个。静电是电压高但能量小,浪涌是电压高能量也大,打一下可能直接把端口烧了。理解浪涌测试的原理和防护逻辑,对电源设计来说属于基本功。
浪涌是什么
电网上的雷击感应或者大功率设备投切,会在交流线路上感应出高能量的瞬态过电压。这个过电压沿着电源线进入设备输入端,如果防护不到位,轻则复位死机,重则保险烧断、整流桥击穿、开关管炸掉。IEC 61000-4-5测试就是用一个组合波发生器模拟这种冲击,直接往电源端口或信号端口注入浪涌脉冲。
测试波形和参数
浪涌发生器输出的是一个标准化的组合波。开路输出是1.2/50μs电压波形,短路输出是8/20μs电流波形。1.2μs是波前时间,50μs是半峰时间。这个波形模拟的是远处雷击感应到电力线上的过电压特征。 测试等级从0.5kV到4kV甚至更高。交流电源端口最低要求是线对线1kV、线对地2kV。工业设备和户外设备通常要求更高。
测试怎么做的
浪涌脉冲通过耦合网络叠加到被测设备的电源线或信号线上。对交流电源,要在交流电压波形的不同相位点分别注入浪涌脉冲,0度、90度、270度各打几次,考察不同导通状态下的承受能力。每个测试点打正负极性各若干次,间隔时间要足够长,让设备恢复正常状态。
浪涌和EFT的区别
这两个经常被放在一起说,但有本质区别。EFT是一串密集的低能量脉冲,考验数字电路的抗干扰能力。浪涌是单个高能量脉冲,考验物理层面的耐压和过流承受力。EFT让系统出错但不烧东西,浪涌是真能把器件烧掉。
防护器件怎么选
气体放电管GDT
响应速度慢,但通流量大,适合做第一级粗保护。放在共模扼流圈的前端,承受浪涌的主体能量。
压敏电阻MOV
响应速度中等,钳位电压较高,通流量中等。交流电源输入常用。压敏电阻会随着冲击次数增加而老化,设计时要留余量。
TVS瞬态抑制二极管
响应速度最快,钳位电压精确,适合做精细保护,保护后端敏感芯片。通流量有限,不能单独承担大能量浪涌,需要和GDT或MOV级联。
多级防护的级联
完整的分级防护路径:第一级用GDT或大通流MOV吸收主要能量,中间串入去耦元件,第二级用TVS做精细钳位。级联的关键是前后级之间要有退耦元件,让能量在第一级充分释放,第二级只承受残余。
总结
浪涌测试是EMC抗扰度中最考验硬件防护设计的一环,靠滤波电容和软件躲是躲不过去的,必须在端口上布置实打实的防护器件。分级防护和PCB布局直接影响测试结果。如果产品浪涌测试出了问题,德恺检测可以协助分析失效端口和防护方案,有需要的话一起看看怎么优化防护架构。