板级辐射发射诊断、电源滤波器的设计与选型、不同端口的浪涌抑制电路

板级辐射发射诊断、电源滤波器的设计与选型、不同端口的浪涌抑制电路


2024年3月8日发(作者:)

附录A(资料性)板级辐射发射诊断A.1概述通常情况下,辐射发射试验不合格的原因为电缆辐射或壳体上的缝隙、孔径产生的泄漏。从辐射发生的源头来说,外接电缆、壳体上的缝隙、孔径等都可以看做是耦合路径。真正的辐射源来自于PCB级的辐射发射。对于没有金属壳体和外接线缆的EUT来说,整机的辐射发射试验类似于板级辐射发射试验。下述检查清单,可作为EUT在PCB投板加工或改板之前进行的预试验的检查或EUT符合性试验不合格后针对PCB级的检查。板级辐射发射诊断不仅是为了解决EUT在符合性试验中不通过的问题,也可以用来分析EUT内部各小系统或功能单元之间的辐射干扰导致的功能性能下降问题。此外,带有无线发射功能的EUT在内部产生RFI或Desense的问题,也可以采用板级辐射发射诊断的方法进行分析。A.2板级辐射发射检查清单板级辐射发射的能量可由非常小的电流或电压形成。PCB上走线、器件、芯片之间的寄生能量和交叉耦合噪声是常见的问题。任何一段处理不当的走线,器件、芯片的引脚都有可能成为发射天线。可以考虑从以下方面检查:——开关电源的开关回路,一般会产生几十KHz到几百KHz,其高次谐波可以到几百MHz。辐射发射试验数据上会表现为间隔相同频率的梳齿状频率曲线或者其包络曲线;——电动设备电机的噪声,直流电机电刷的频率可以到数百MHz,交流电机运行时的噪声及高次谐波可以到数十MHz,噪声频谱表现为比较杂乱的“毛刺”;——变频、调速电路的开关调速回路,辐射发射的噪声可以到数十MHz;——PCB上的数字切换开关,一般是切换开关的频率以及其高次谐波,可以达到数百MHz;——PCB上的晶振及数字电路走线,会产生等同于晶振频率或其各次谐波的噪声,可以达到数百MHz;——芯片或器件的辐射发射,通常自身辐射能量比较大的芯片可通过引脚、走线及芯片封装内部的引线直接发射;——PCB的布局不合理,会导致板内噪声严重的串扰、耦合,PCB板需要有相对完整的地平面、电源平面、信号平面,敏感元器件需要有防止串扰、耦合的设计;——PCB的布线和走线,是板级产生辐射发射的主要原因之一,对于时钟信号线、高速信号线、敏感的控制信号线等,需要有特殊的布线走线处理,比如:包地、阻抗匹配、差分走线等。A.3板级辐射发射导致EUT辐射发射不合格的初步判定大多数EUT不能通过辐射发射试验的原因是电缆的辐射或壳体的泄漏,在分析板级辐射发射问题时,可以从电缆或壳体入手,找到板上的辐射源头;——通过电缆发射:提高电缆与壳体搭接和屏蔽性能的同时,需要分析电缆上的噪声信号是由于PCB上哪个部分电路的工作产生的,到对应的区域做板级辐射发射分析。由多个PCB通过连接器或者线缆组成复杂系统的EUT,从外接线缆排查到板级后,还需要进一步排查是否由其他PCB通过连接器或内43

部线缆耦合、串扰;——通过金属机壳孔缝:较高频率(通常大于200MHz)的辐射通常可以由PCB直接发射,金属机壳的孔缝尺寸设计不当则不会起到屏蔽的效果,可以直接在板级分析原因;——没有金属壳体的EUT:没有金属机壳的EUT,在排除了外接线缆的辐射发射因素后,则可以认为就是PCB级的辐射发射问题;——辐射源来自于板内串扰、耦合:一种表现为EUT外接线缆的辐射源,从线缆传输的信号类型、对应电路的频率特性去分析,无法将辐射与线缆关联起来,则可能在板内造成了串扰或耦合;需要注意的是,即使大多数的辐射发射问题是可以通过提升外接线缆的搭接、屏蔽和加强机壳的屏蔽效果来解决,从EMC问题的三要素来说,线缆和机壳的改善只是从传播路径上去解决,在PCB级进行根因分析并改善,解决方案往往更加稳定可靠,并且成本更低。A.4板级辐射发射故障诊断板级辐射发射故障诊断的目的是在PCB上找到辐射发射源或者传播路径,采用近场测量方法在板上手动或者自动扫描测量。一般来说,近场探头的接收效率比天线要低很多,除非非常强的干扰噪声处在近场探头附近,否则,环境中的一般电磁辐射不会高于PCB上测量到的噪声。但是,一些有无线发射功能(2G/3G/4G/5G,WIFI等)的设备,在做板级辐射发射故障诊断时不能放置在附近,选择没有其他干扰设备的屏蔽室通常为较好的工作区域。把受试PCB放置并固定在桌子或工作台的一端,相关线缆、辅助设备都需要连接起来,运行正常的工作状态,用近场探头在PCB各区域进行扫描探测,把频谱分析仪与近场探头相连,将其调节到所关注的一个谐波或多个谐波频率上。则可以实时的观察对应区域的辐射发射结果。采用手持式近场探头做板级辐射发射故障诊断的典型布置如图A.1所示:放大器频谱分析仪探头PCB图A.1板级辐射发射故障诊断的典型布置(采用手持式近场探头)板级辐射发射诊断是在近场测量PCB上各芯片、器件、走线的辐射发射,由于近场辐射与测量距离、方向有很大的关系,测量距离和角度的轻微变化可能会导致测量结果的巨大差异。在板级辐射发射诊断中要实现精确一致的测量,必须能高精度的控制测量距离、方向,并且做到比较好的可重复精度,这样每次测量的结果才有可比性。参考集成电路辐射发射测量的表面扫描法,用自动化测量工具可以更大的避免测量导致的误诊断。集成电路电磁辐射测量标准IECTS61967-3给出了一种非常有效的测试分析方法。采用表面扫描法做板级辐射发射故障诊断的典型布置如图A.2所示。44

前置放大器(可选)频谱分析仪、EMI接收机或示波器探头探头定位系统EUT控制和数据采集系统图A.2板级辐射发射故障诊断的典型布置(表面扫描法)板级辐射发射故障诊断的最大优势在于能精准的判定EUT上辐射源的位置和在PCB上的传播路径。图A.3、图A.4、图A.5、图A.6和图A.7是对PCB上芯片、模组、走线、器件等进行诊断分析的一些实际案例。图A.3芯片内核到封装管脚引线上的辐射发射45

图A.4显示屏连接线高速时钟走线的辐射图A.5无线模块内高速时钟走线的辐射发射图A.6PCB表面芯片和走线的辐射发射46

图A.7PCB上电源走线的辐射发射47

附录B(资料性)电源滤波器的设计与选型B.1概述电源滤波器(特指EMC滤波器)是一种让直流和交流电流传输,骚扰信号不能通过或者得到很大衰减的器件或电路结构。滤波器通常是指由电感(L)、电容(C)中的一种或几种元件构成的低通滤波器。电感和电容的不同组合会形成不同功能的滤波器(见B.3),需要了解EUT的特性、应用场景、认证要求后才能进行正确的滤波器选型或设计。B.2滤波器及滤波器件的参数指标滤波器的选型和设计看似容易的事情,如果不遵循参数选择原则不容易达到预定效果甚至带来新的问题,滤波器的主要参数如下:——额定电压和频率:滤波器标称的规定工作电压和频率范围,滤波器超出额定电压和频率范围将会造成损坏或失效;——额定电流:滤波器标称的规定工作电流范围,滤波器超出额定工作电流将会造成损坏;——安规要求:电源滤波器关注的三个指标分别为绝缘耐压、漏电流、剩余电压残留能量,需根据不同EUT类型的安规要求进行选型;——插入损耗:衡量滤波器或抑制电路对骚扰信号的抑制(衰减)能力,插入损耗分为差模插入损耗和共模插入损耗,是最重要的特性参数,插入损耗测量参见GB/T7343-2017的第5章。通常滤波器说明书中给出的插入损耗曲线是在50Ω系统中测量得出,实际应用中需根据EUT阻抗特性进行评估;——特性阻抗:滤波电路中的骚扰信号抑制特性是由滤波器件和原始电路的阻抗特性来共同决定的,阻抗测量参见GB/T7343-2017的附录F。滤波器阻抗及其产生的抑制特性会随不同频率、偏置条件等变化而变化,阻抗特性的频率相关性用于滤波器的设计;——S(散射)参数:滤波电路的EMC特性由滤波器件和原电路的S参数来决定,S参数测量参见GB/T7343-2017的4.4。S参数及其产生的抑制特性会随不同频率、偏置条件等变化而变化,S参数的频率相关性用于滤波器的设计。B.3滤波器匹配原则滤波器的工作原理是在骚扰信号传输路径形成很大的不连续的特性阻抗,将骚扰信号中的大部分能量旁路回流至骚扰源头。不同结构的滤波电路适用于不同的源阻抗和负载阻抗,它们的关系需遵循阻抗最大不匹配原则,另外增加滤波器阶数能提高滤波器的插入损耗。滤波器的输出阻抗和与之端接的负载阻抗不相等时,该端口就会反射。当滤波器的两端都处于失配状态时,骚扰信号就会在滤波器两端都产生很强反射损耗。滤波器对骚扰信号的衰减等于吸收损耗加反射损耗,滤波器电路设计时可利用这些失配原则来提升抑制能力。滤波器其性能和谐振主要取决于源端和负载端的阻抗,其设计原则为电容对应高阻,电感对应低阻。阻抗搭配方法如图B.1所示。48

图B.1阻抗搭配方法电路中的滤波级数越多,则滤波器插入损耗越大,滤波器通带与阻带之间的过渡带就越短,低通滤波器的阶数与截止频率之间的关系如图B.2所示。图B.2B.4滤波器设计和安装要点B.4.1滤波器安装要点低通滤波器的阶数与截止频率之间的关系滤波器的安装要点如下:——整理线缆时不能把滤波器输入端和输出端线缆捆扎在一起,防止骚扰信号不经过滤波器造成的失效;——如果允许,滤波器的输入输出连线采用双绞线的方式,可以减少干扰的耦合;——滤波器如采用屏蔽线作为输入输出连接线,其屏蔽层需可靠接地,且接地引出线需尽量短,49

最好采用360°环接;——对于金属箱体,滤波器需紧靠电源输入端口以缩短输入线在机箱内的长度,以减小输入线的耦合干扰。采用接地线连接时其长度需足够短,以减小接地线上的电感和电阻,提高共模抑制的能力;——不带屏蔽壳体的滤波器或滤波电路,信号线和电路板上的电感、变压器、开关管等敏感器件布局设计需远离滤波电路,防止骚扰信号近场耦合;——滤波器屏蔽外壳或滤波器的共模电容需与系统“地”之间有良好的电气连接;——直流滤波器不宜用于交流场景。直流滤波器通常使用直流电容,在交流条件下很可能造成过热损坏。B.4.2器件选型要点滤波器的器件选型要点如下:——根据EUT应用环境选择X电容,X电容的容值越大,对干扰的抑制效果越好。一般情况下,限于成本及组装空间的考量,会根据EUT的架构与电磁骚扰幅值的不同,有不同的推荐值,在该推荐值的基础上,功率越大,所需的容值越大。需注意安规相关标准的剩余电压残留能量要求;——根据Y电容应用在EUT上的位置不同,常用的为Y1和Y2电容,应用在EMI滤波器上的Y电容主要为Y2电容。由于漏电流的问题,Y电容的取值不允许过大。一般情况下Y电容的取值在102电容到473电容之间。需注意安规相关标准的漏电流要求;——电容的频率特性与电容的取值有关,取值越小,频率特性越好。因此,X电容和Y电容一般都是通过较小的电容并联来满足容量的要求,这样滤波器的高频特性就越好;——通常电感材料的选取有以下考虑:磁芯材料的频率范围要宽,在很宽的频率范围内有比较稳定的磁导率;磁导率要高。一般磁芯材料是铁氧体,分别有Mn-Zn铁氧体,Ni-Zn铁氧体。根据两种铁氧体材料的特性不同,通常的应用区间为;Mn-Zn共模电感应用在150kHz~3MHz的范围内,Ni-Zn共模电感应用在5MHz~30MHz或更高的频段内;——考虑到阻抗和频率,估算电感量的取值如下:共模电感取值1.5mH~5mH,差模电感取值为10μH~50μH。由于共模电感漏感的存在,且共模电感的漏感典型值为±1%左右,通常从成本的考虑,会采用共模电感的漏感来取代差模电感,通常的EMI滤波器中也不会有独立的差模电感存在;——电感线径需足够满足额定电流的要求,以免电感过发热影响性能和造成危险。共模电感选型除电感量外,还需注意安装尺寸、绕线类型、线间爬电距离、阻抗特性、漏感大小。不同绕线方式但电感量相同的共模电感,两者之间共模和差模插损差异很大,因此在使用前宜对其插入损耗进行测量。B.4.3滤波器PCB设计要点滤波器PCB设计要点如下:——滤波器输入输出线路PCB布局尽量远离,以免信号耦合串扰而降低滤波器的抑制能力;——滤波器件在PCB上的安装引线宜短,走线设计时不要绕过引脚位置,否则容易达不到预期效果;——滤波器PCB下方不能走其他线;——滤波器旁不能布置高干扰的线路;——为克服差模干扰,X电容布局宜尽量靠近输入端口,但需考虑浪涌对X电容的影响;——输入L走线和N走线需相互靠近,与地线分层走线;——输入输出滤波器的Y电容需分开独立接地;——为了提高插入损耗或解决超过30MHz以上的骚扰信号,有必要设计多级滤波器以便达到覆盖频率的抑制能力要求。B.5滤波器选型规则50

滤波器的选用,可参考以下方面:——确定滤波电路的电气参数;·电源相数:需要明确滤波电路是属于单相电源电路还是三相电源电路;·工作电压:需要确定滤波电路的工作电压,以便决定滤波器的额定工作电压;·通流量:需要明确滤波电路的最大工作电流,以便确定滤波器的通流量。——确定滤波器的接线安装方式;·选择哪一种接线安装方式取决于EUT的实际安装需要,常见的滤波器安装方式有:IEC插座式、焊片端接式、引线端接式、螺栓接线式、PCB插装式安装。——确定滤波器插入损耗;·在成本范围内,原则上滤波器插入损耗越大,滤波效果越好;·对于传导骚扰超标严重的EUT,宜选择包含两级及其以上共模电感的滤波电路。——滤波器的高频特性。·在满足自身传导骚扰通过的情况下,需注意滤波器的高频特性。高频特性不好可能会造成辐射骚扰超标或者降低对脉冲干扰信号的抑制能力。51

附录C(资料性)不同端口的浪涌抑制电路示例C.1概述由室外进入室内的电源线、通信线、较长的信号线等容易感应到雷电冲击;这些线缆在室内较长距离传输时,也极易感应到雷电及开关冲击。因此,对这些引线进入设备的端口需有一定的抗浪涌(冲击)的能力,电磁兼容标准对这些EUT的相应端口也有对应的浪涌抗扰度测试要求。为保护这些设备的端口免于遭受浪涌(冲击)的损毁并符合相应的浪涌(冲击)抗扰度要求,需在EUT端口处设置相应的浪涌保护电路,传统的电感及阻容滤波等措施对浪涌冲击防护通常是无能为力的,一般需由GDT、MOV、TVS、SPG、TSS等专用的脉冲吸收防护器件构成的防护电路才能提供有效的浪涌冲击防护。下面针对EUT不同类型的端口及不同的防护等级提供一些浪涌保护电路示例,供实际电路设计和试验诊断时参考使用。C.2II类电气EUT单相交流电源端口的浪涌防护电路II类电气EUT单相交流电源端口没有保护地(PE),端口的浪涌测试通常只需进行相线(L)与零线(N)之间的差模浪涌测试(1.2/50µs组合波,内阻2Ω),相应地,对该端口只需进行差模浪涌防护即可,相应的浪涌防护电路示例如图C.1所示。a)单级浪涌防护电路b)低漏电流复合浪涌防护电路c)两级浪涌防护电路图C.1常用的II类电气EUT单相交流电源端口的浪涌防护电路示例对浪涌电压测试等级不高,且电路没有太高的可靠性要求的情况下,可采用图C.1a)所示的防护电路,该防护电路的特点是电路简单,成本低廉。当有较高的可靠性要求时,可在该防护电路的MOV回路串联GDT,这样,在防护回路未导通时,可利用GDT的低漏电流克服MOV的高漏电流;在防护回路动作时,可利用MOV无续流的特点,有效抑制了GDT导通后的续流问题,从而可大幅度增加器件的寿命,提高防护电路的可靠性,如图C.1b)所示。当对EUT有较高的浪涌测试等级要求,或该端口需同时满足浪涌和电快速瞬变脉冲群测试时,拟采用两级浪涌防护电路,如图C.1c)所示。该电路中,第一级防护电路宜选择通流量比较大的MOV;第二级宜选择残压较低且响应速度快得多的TVS;两级之间宜使用PPTC进行隔离,这样能对被供电EUT提供良好的浪涌及快速瞬变脉冲防护。电路中,PPTC可用电感代替;若后接EUT交流输入端口有滤波电路时,可将TVS后移到滤波电路之后,用EUT的滤波电路代替PPTC进行级间隔离。对于额定电压为220V的交流供电电源,MOV宜选择标称电压为470V的规格,MOV额定电流应根据测试的最高浪涌等级对应的浪涌电流相适应,并建议至少比所需吸收的浪涌电流大50%。TVS宜选择标称电压为420V~440V的规格,TVS的额定电流应根据前级防护电路的残余电压的高低来选择,以能充分吸收前级防护电路的残余电压为宜,并预留适当的裕量。PPTC应根据器件手册选择合适的电压和52

电流规格(如130℃/10A/250VAC),若级间隔离为电感或滤波器,其等效电感量不宜小于20µH。C.3I类电气EUT交流电源端口的浪涌防护电路I类电气EUT单相交流电源端口有保护地(PE),端口浪涌测试包括L-N间的差模浪涌冲击测试及L-PE与N-PE之间的共模浪涌冲击测试(1.2/50µs组合波,内阻12Ω),因此,浪涌保护电路需能同时防护线间的差模浪涌及线与保护地之间的共模浪涌,相应的浪涌防护电路示例如图C.2所示。图C.2a)为I类电气EUT交流电源端口通用的浪涌防护电路。其特点为电路简单,采用复合对称电路,共模、差模全保护,L、N可以随便接。a)通用浪涌防护电路b)简化浪涌防护电路1c)简化浪涌防护电路2d)简化浪涌防护电路3e)较高可靠性浪涌防护电路图C.2常用的I类电气EUT交流电源端口的浪涌保护电路示例当交流电源端口中L与N在实际使用中不可能反接时,可省略两个压敏电阻,并将GDT减少为一个,得到最简化浪涌防护电路,如图C.2b)所示。该电路的特点是在保证EUT抗浪涌冲击的能力的同时,可以最大限度降低防护电路的成本。当交流电源端口中L与N在实际使用中可能反接时,为降低通用防护电路的成本,可将L-PE及N-PE防护通道的GDT合二为一,如图C.2c)所示;也可将L-PE及N-PE防护通道的两个独立的两端GDT,用一个三端GDT代替,如图C.2d)所示。当有较高的可靠性要求时,可在该防护电路的每个MOV回路串联一个GDT,如图C.2e)所示。对于额定电压为220V的交流供电电源,图C.2中的MOV选择原则与图C.1类似。需注意的是,按照GB/T17626.5的测试要求,使用1.2/50µs的组合博发生器测试时,L-N之间测试时发生器内阻为2Ω,L-PE及N-PE之间测试时发生器内阻为12Ω,因此,L-PE及N-PE所需吸收的最大浪涌电流远小于L-N之间最大吸收浪涌电流,因此,L-PE及N-PE之间可以使用较低电流规格的MOV器件。GDT宜选53

择标称电压为470V~600V的规格。当对EUT有较高的浪涌测试等级要求,或该端口需同时满足浪涌和电快速瞬变脉冲群测试时,拟采用两级浪涌防护电路,如图C.3所示。a)通用两级浪涌防护电路b)简化的两级浪涌防护电路图C.3I类电气EUT交流电源端口的两级浪涌防护电路示例通用两级浪涌防护电路如图C.3a)所示。第一级防护电路宜选择通流量比较大的MOV+GDT;第二级宜选择残压较低且响应速度快得多的TVS;两级之间宜使用PPTC或电感进行隔离,这样能对被供电EUT提供良好的浪涌及快速瞬变脉冲防护。若后接EUT交流输入端口有滤波电路时,可将TVS后移到滤波电路之后,用EUT的滤波电路代替PPTC进行级间隔离。通常情况下,EUT交流电源端口本身抗共模电压的能力普遍大于抗差模电压的能力,因此,对两级浪涌保护电路,为节省成本,简化电路,有些EUT可能对第二级的TVS防护电路,只保留L-N之间的差模防护TVS,省去L-PE、N-PE之间的共模防护TVS,简化后的电路如图C.3b)所示。对于第一级MOV+GDT防护电路,可根据EUT自身的特点,选择图C.2的其他形式的防护电路结构。对于额定电压为220V的交流供电电源,图C.3中的MOV和GDT规格的选择原则与图C.3一致,PPTC(或代替PPTC的隔离电感、滤波电路)及TVS的选择原则与图C.1一致。C.4三相交流供电的电气EUT交流电源端口的浪涌防护电路三相交流供电的电气EUT的有几种供电方式:一种是三相五线式供电方式(L1+L2+L3+N+PE),其保护电路如图C.4a)及C.4b)所示;无零线的三相四线式供电方式(△连接,L1+L2+L3+PE),其保护电路如图C.4c)所示及C.4d)所示,;无保护地线的三相四线式供电方式(星型连接,L1+L2+L3+N),其保护电路如图C.4e)所示;三相三线式供电方式(△连接,L1+L2+L3),其保护电路如图C.4f)所示。对三相五线式交流供电的电气EUT,其交流电源端口相线间,以及相线与零线间需承受差模浪涌脉冲测试(1.2/50µs组合波,内阻2Ω),相应的端子之间使用MOV进行浪涌防护;相线、零线与保护地之间需承受共模浪涌脉冲测试(1.2/50µs组合波,内阻12Ω),相应的端子之间使用GDT(或MOV+GDT)进行浪涌防护,通用浪涌防护电路如图C.4a)所示。相线间的差模工作电压(线电压:380VAC)与相线-零线之间的工作电压(相电压:220VAC)相比较高,因此相线间的保护电路的标称电压等级也较高,此时可以取消相线间的浪涌防护器件,利用两相分别与零线之间的防护器件串联进行浪涌防护(对L1-L2之间的差模浪涌电流,可通过RV5与RV6串联进行吸收)。因此,可以省略图C.4a)所示的通用浪涌防护电路中相线之间的浪涌防护MOV,简化电路如图C.4b)所示。对无零线的三相四线式供电方式(△连接)供电的电气EUT交流电源端口,其相线之间采用MOV进行浪涌防护;相线与地线之间采用MOV+GDT的方式进行浪涌防护,用GDT来抑制MOV正常工作期间的漏电流,其通用浪涌防护电路如图C.4c)所示。相线与地线之间防护电路中的GDT可以共用,则简化电54

路如图C.4d)所示。对无地线的三相四线式供电方式(星型连接)供电的电气EUT交流电源端口,其相线之间以及相线与零线之间均采用MOV进行浪涌防护;其通用浪涌防护电路如图C.4e)所示。对无零线核地线的三相三线式供电方式(△连接)供电的电气EUT交流电源端口,其相线之间采用MOV进行浪涌防护;其通用浪涌防护电路如图C.4f)所示。a)通用三相五线式电源浪涌防护电路b)简化的三相五线式电源浪涌防护电路c)通用三相四线式(无零)电源浪涌防护电路d)简化三相四线式(无零)电源浪涌防护电路e)通用三相四线式(无地)电源浪涌防护电路f)通用三相三线(△型)电源浪涌防护电路图F.4三相供电的电气EUT交流电源端口浪涌防护电路示例55

对380V额定电压交流供电的电气EUT,使用图C.4所示的保护电路示例时,相线间MOV选择820V的标称电压规格;相线与零线以及相线与地线之间MOV选择470V的标称电压规格;所有的GDT一律选择470V~600V的标称电压规格。为增加防护电路的可靠性,图C.4中,所有相线之间以及相线与零线之间单独的MOV构成的浪涌防护宜串联GDT使用,相应GDT的标称电压/额定吸收电流规格不低于所串MOV的标称电压/额定吸收电流的规格。C.5直流电源端口的浪涌防护电路由远距离直流供电的电气EUT,其直流电源端口也会遭受到感应的雷电及开关冲击,因此,该端口也可能需要接受浪涌抗扰度测试,相应地,电气EUT该直流电源端口也应有浪涌防护电路保护。对那些只由本地电池供电直流电源端口,无需进行浪涌抗扰度测试;只由本地外接AC/DC适配器供电的直流电源端口,需进行浪涌抗扰度测试,但测试在外接AC/DC适配器的状态下进行,且浪涌抗扰度测试在AC/DC适配器的AC端口进行,相应的浪涌防护电路也按照前述的AC端口的方式进行设计。图C.5为直流远供的电气EUT直流电源端口浪涌防护电路示例。图C.5a)为不带保护地(浮地)的远供直流电源端口通用浪涌防护电路示例;图C.5b)为带保护地的远供直流电源端口通用浪涌防护电路示例;图C.5c)为带保护地的远供直流电源端口两级浪涌防护电路示例,当该端口需承受较高等级浪涌抗扰度测试,或被供电EUT对端口的浪涌脉冲较为敏感,或该端口也需同时进行EFT测试时,宜使用该两级防护电路,两级防护电路之间采用PPTC隔离,该PPTC可以被电感或滤波器代替。a)浮地直流电源浪涌防护电路b)接地直流电源浪涌防护电路c)直流电源两级浪涌防护电路图F.5直流远供的电气EUT直流电源端口浪涌防护电路示例三个示例的保护电路中:前级保护电路所用保护器件为MOV,其标称电压规格通常为直流供电电压额定值的1.5倍,其额定电流规格为所施加的最高浪涌等级对应浪涌电流的1.5倍以上;保护电路所使用的GDT的标称电压规格为直流供电电压额定值的2.5倍,其额定电流规格为所施加的最高浪涌等级对应浪涌电流的2倍以上;二级防护电路中的TVS选择单向TVS,其标称电压规格通常为直流供电电压额定值的1.3倍,TVS的额定电流需根据前级防护电路的残余电压的高低来选择,以能充分吸收前级防护电路的残余电压为宜,并预留适当的裕量;PPTC需根据器件手册选择合适的电压和电流规格,若级间隔离为电感或滤波器,其等效电感量不宜小于20µH。三个示例中包括正负对称供电,实际应用中较多采用的是单一的直流正或负电源供电,此时可仅使用该保护电路的上或下半部分保护电路。C.6外接天线端口的浪涌防护电路大量通信EUT存在外接天线端口,将室外高处天线接收到的无线信号通过同轴电缆接口引入EUT内部,该接口极易受到户外天线感应的雷电冲击,因此,该端口需进行浪涌防护。56

若对应的检测标准使用的测试信号为10/700s的通信端口组合脉冲波形,可采用图C.6所示的浪涌防护电路。图C.6天线端口单级浪涌防护电路示例若对应的检测标准要求同时通过测试信号为10/700s的通信端口组合脉冲波形及1.2/50s组合脉冲波形的测试,则宜采用图C.7所示的浪涌防护电路。图C.7天线端口两级组合式浪涌防护电路示例C.7高速以太网端口的浪涌防护电路以太网端口一般传输距离较长,比较容易感应到雷击或开关冲击,因此是需进行浪涌防护的端口。现在大多数电子EUT的以太网端口均为高速以太网端口,由于高的极间电容存在,不能直接使用MOV或普通TVS进行端口的浪涌防护,一般宜用SPG与TVS复合模块进行浪涌防护,如图C.8所示。57

图C.8千兆以太网端口的浪涌防护电路示例C.8RS485接口防护电路RS485接口可实现较长距离的有线通信,因此,该接口也极易感应到浪涌冲击。采用TVS或半导体放电管TSS对RS485进行浪涌防护,可获得较高的浪涌防护等级,如图C.9所示。图C.9RS485接口单级浪涌防护电路示例RS485接口若使用两级组合式防护电路,第一级采用GDT进行防护,第二级采用TVS进行防护,在获得较高浪涌防护等级的同时,可获得较低的钳位电压,如图C.10所示。58

图C.10RS485接口两级浪涌防护电路示例59


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