1、電力ONU測試總結(jié),EMC安規(guī)測試及應(yīng)對方案,李紹杰 2011-6,綱要,2,一、EMC的概念及測試標準,電磁兼容EMC（Electromagnetic compatibility) 國家標準GB/T4365-1995電磁兼容術(shù)語對電磁兼容所下的定義為“設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力?！?3,電磁兼容的三要素,4,電視,收音機,耦合途徑,220V,干擾源,敏感設(shè)備,干擾途徑主要是傳導(dǎo)和輻射及兩者的綜合,電磁兼容的設(shè)計方法,5,1系統(tǒng)設(shè)計法 2測試修改法,措施,成本,產(chǎn)品的生命周期,EMC設(shè)計是尋找折中原則,安全與電磁兼容的折中 成本與電磁兼

2、容的折中 產(chǎn)品上市時間與電磁兼容測試的折中 生產(chǎn)批量與電磁兼容設(shè)計方案的折中,6,EMC安規(guī)的種類,7,電源,其他： 機殼， 溫度等級等,業(yè)務(wù),交流電源,直流電源,232/485串口,網(wǎng)口,對象,浪涌沖擊 耐壓 電快速脈沖群 傳導(dǎo) 輻射 靜電 阻尼震蕩 交直流電源暫降 高低溫 ,EMC安規(guī)的標準,浪涌沖擊GB/T 17626.4-2008 浪涌（沖擊）抗擾度試驗 耐壓電科院標準 電快速脈沖群GB/T 17626.4-2008 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗 傳導(dǎo)GB/T 17626.6-2008 射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度試驗 輻射GB/T 17626.3-2008 射頻電磁場輻射抗擾度試驗 靜電

3、GB/T 17626.2-2006 靜電放電抗擾度試驗 阻尼震蕩GB/T 17626.10-1998 阻尼振蕩磁場抗擾度試驗 交流電源暫降GB/T 17626.11-2008 電壓暫降、短時中斷和電壓變化抗擾 度試驗 直流電源暫降GB/T 17626.29-2006流電源輸入端口電壓暫降、短時中斷 和電壓變化的抗擾度試驗 高低溫GB/T 2423.1/2 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 ,8,二、常用板級瞬態(tài)抑制器件介紹,瞬態(tài)抑制器件的類型和結(jié)構(gòu)按不同的用途有所不同，但它至少包含一個非線性電壓限制元件 我們常用的有氣體放電管（GDT）、壓敏電阻（MOV）、瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）等是電壓限制元器件。 他

4、們的工作原理相似，但是他們之間的通流量、動作時間、級間電容、嵌位電壓、殘壓等有很大的差別。 非線性：電壓不隨電流的變化而變化,9,壓敏電阻的參數(shù),壓敏電壓：通過的電流是DC 1mA時的兩端電壓，通 俗講就是導(dǎo)通電壓 選取原則：直流時，V1mA1.5*（直流工作電壓） 交流時，比直流時擴大 2 倍 殘壓：壓敏電阻在通過規(guī)定波形的大電流時其兩端 出現(xiàn)的最高峰值電壓。,10,壓敏電阻的選取及應(yīng)用,壓敏電阻雖能吸收很大的浪涌電壓能量，但是不能承受mA級以上的持續(xù)電流； 壓敏電阻的極間電容較大，高頻應(yīng)用的場合不宜使用； 壓敏電阻的漏電流較大，會隨工作時間的延長和承受的浪涌沖擊的次數(shù)而不斷變大，所以使用時

5、要加保險絲加以保護； 壓敏電阻的殘余電壓是其動作電壓的2.53.5倍； 壓敏電阻的安全問題： 在以往的應(yīng)用中，跨接在交流電源線上的壓敏電阻出現(xiàn)起火燃燒的問題，“歐共體” 發(fā)布文件禁止使用，起火燃燒的現(xiàn)象是由于老化失效和瞬態(tài)浪涌電壓破壞的結(jié)果。,11,瞬態(tài)抑制二極管（TVS）,Tvs管是半導(dǎo)體硅材料制造的特殊二極管，它與電路并聯(lián)使用，電路正常時TVS管處于關(guān)斷狀態(tài)呈現(xiàn)高阻抗，當有浪涌沖擊電壓時能以ns數(shù)量級的速度從高阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥杩刮绽擞抗β?，使浪涌電壓通過其自身到地，從而保護電路不受侵害。,12,TVS管的選取, TVS額定反向關(guān)斷電壓Vrwm應(yīng)大于或等于被保護 電路的最大工作電壓。 最小擊

6、穿電壓VBR= Vrwm /KBR (其中， KBR=0.80.9)。 TVS的最大箝位電壓VC應(yīng)小于被保護電路的損壞 電壓，即VC=KCVBR (其中，KC=1.3)。 在規(guī)定的脈沖持續(xù)時間內(nèi)，TVS的最大峰值脈沖功耗PM必須大于被保護電路內(nèi)可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率。在確定了最大箝位電壓后，其峰值脈沖電流應(yīng)大于瞬態(tài)浪涌電流。,13,氣體放電管-GDT,氣體放電管 是一種開關(guān)型保護器件，主要利用放電管兩金屬極板間的氣體放電實現(xiàn)保護：當兩極間電壓足夠大時，極間氣體間隙將被擊穿，由原來的高阻態(tài)轉(zhuǎn)化為低組態(tài)，類似短路，這樣就將能量釋放到大地中去。導(dǎo)電狀態(tài)下兩極間維持的電壓很低，一般在 20 50V ，

7、因此可以起到保護后級電路的效果。,14,氣體放電管使用注意事項,要根據(jù)電路的“浪涌沖擊脈沖電壓”及“脈沖通流量”來選擇“氣體放電管” 1）由于GDT對雷電的響應(yīng)是以1KV/us的速度而上升的，對于“瞬態(tài)浪涌”來講“響應(yīng)速度” 較慢，殘余電壓較高，為可靠起見需要采用二級浪涌防護電路；（在一級和二級之間加上 “退偶”電路） 2）在交流電源線路使用必須考慮避免電源短路的問題； 3）GDT的有效壽命較短，為保證可靠性要定期更換。 導(dǎo)通電壓選取原則：1.5*工作電壓,15,瞬態(tài)抑制器件選擇注意事項,額定工作電壓：設(shè)計時允許長期加在防護電路上，并 使保護器件不導(dǎo)通的電壓 標稱通電電壓：在施加恒定1mA直流

8、電流情況下，保 護器件的啟動電壓 標稱放點電流：防護電路額定轉(zhuǎn)移過電流的能力，以 KA為單位，與測試波形有關(guān)； 沖擊通流容量：防護電路所能承受過電流而不導(dǎo)致?lián)p 壞的最大電流 響應(yīng)時間：防護電路對瞬態(tài)過電壓起控制作用所需要 的時間 殘壓（限制電壓）：防護電路對瞬態(tài)過電壓的電壓限制能力，是保護器件端子間呈現(xiàn)的電壓，在末級保護里，殘壓必須低于被保護器件的耐壓水平；,16,典型應(yīng)用電路,17,粗略保護器，例如： 火花隙氣體放電管，壓敏電阻，適應(yīng)于防雷等電位,退耦器 例如： 電阻 電感,精細保護器 例如: 抑制二極管 齊納二極管 適用于： 設(shè)備防過壓,在MOV將承受最大能量Emax之前，MOV的殘壓UR

9、ES和沖擊電感的電壓降LEDdi/dt 的總和必須超過火花間隙的動作電壓UOV,三、電源EMC安規(guī)測試及整改,電源是EMC測試中一個最重要的環(huán)節(jié)，關(guān)于電源的測試項目也是最多的 我們在電力設(shè)備測試時遇到的主要的測試項目有浪涌，耐壓，快速瞬變脈沖群，傳導(dǎo)，阻尼震蕩、 電源暫降等 重點是浪涌和耐壓。,18,浪涌的測試方法,19,浪涌分共模和差模，共模就是線對地，差模就是線對線，我們一般要求共模4KV，差模2KV。,浪涌的測試方法,測試波形,20,開路電壓波形1.2/50us,短路電流波形8/20us,2者選其一。他們之間是等價關(guān)系，信號發(fā)生器的內(nèi)阻為2歐姆，所以，共模4kV和共模2KA是一個等級。,

10、耐壓的測試方法,電科院的規(guī)范是這樣描述的： 被測設(shè)備應(yīng)能承受頻率為50Hz，時間是1min的耐壓試驗 而無擊穿、閃絡(luò)及元器件損壞的現(xiàn)象。 試驗電壓選擇 測試方法：,21,交流電源：將L和N接在一起為一級，另一極為gnd-earth，在這兩級間加測試電壓，漏電流小于10mA,直流電源：將正極和負極接在一起為一級，另一極為gnd-earth，在這兩級間加測試電壓，漏電流小于10mA,應(yīng)對方案,單純的交流防浪涌電路： 為什么是470呢？ 這個電路有什么缺點呢？,22,220*1.5*2470,耐壓的防護方案,單純的耐壓只需要做好隔離就能過，主要是 gnd和gnd-earth之間的安全距離 L、N（交

11、流）/電源正負極（直流）與gnd-earth之間的安全距離 信號與gnd-earth之間的安全距離，尤其是對于非隔離電源方案 100mil=2000V的耐壓隔離度,23,機殼與所有信號的安全距離,但是，我們要同時過耐壓和浪涌,電力設(shè)備要求浪涌和耐壓要同時滿足，不能拆加器件 浪涌是“主通”的 耐壓是“主隔”的,24,矛盾,如何調(diào)和？,分析,我們還是來看一下這個電路 目前的耐壓是（470+470）/2 =594V,25,主要原因是氣體放電管和壓敏電阻的耐壓不到2000V，使氣體放電管提前導(dǎo)通了。,整改,26,只需要將壓敏和氣體放電管的耐壓加起來超過2000就可以了 （470+1800+330+47

12、0）/2=21712000V.,OK,他山之石，可以攻玉,27,直流電源的耐壓和防浪涌,28,兩級防雷 退耦網(wǎng)絡(luò) 兼顧防雷和耐壓（470+600）/2=756500 考考你： 電感值改如何選??？,四、業(yè)務(wù)口的EMC安規(guī)測試及方案,我司產(chǎn)品的業(yè)務(wù)口需要做安規(guī)的主要有兩種： 網(wǎng)口和串口 網(wǎng)口的主要指標是：防浪涌和耐壓，快速瞬變脈沖 群，傳導(dǎo)，靜電等 串口的主要指標有：浪涌，耐壓，ESD。,29,網(wǎng)口的防浪涌測試及方案,測試方法和電源的是一樣的，不同的地方是電源是直接將沖擊波形（10/700uS）加到電源線上，而網(wǎng)口需要增加一個耦合器，否則會打壞設(shè)備。,30,將4根信號線接在一起對地打，只做共模，不

13、做差模。,10/700S為通信線路中感應(yīng)出的雷電壓波形，表示從零值上升至峰為時間為10ms , 下降至峰值的一半為700S,網(wǎng)口防浪涌的應(yīng)對方案,75歐姆電阻沒有了 RJ45側(cè)加了磁珠放置EMI 只需一個氣體放電管和變壓器的耐壓能力就能過4KV的共模測試 如果需要做差模防護，就在信號之間加一個TVS管-SLVU2.8-4.T,31,POK,OK,網(wǎng)口的耐壓,根據(jù)規(guī)范，網(wǎng)口需要過500V的耐壓 測試方法：將4根信號線接在一起為一極，另一極為gnd-earth，在2極間加500V的50HZ交流點，1min，漏電流應(yīng)小于10mA。 同樣，我們需要浪涌和耐壓一起過，有了電源的經(jīng)驗，網(wǎng)口我們就如法炮制,

14、32,網(wǎng)口的防雷和耐壓應(yīng)對方案,在防浪涌的基礎(chǔ)上串加一個壓敏電阻，保證壓敏加上氣體放電管的直流交流耐壓大于500V即可。,33,業(yè)務(wù)串口的浪涌測試及方案（以485為例）,測試方法與網(wǎng)口的測試方法是一樣的 應(yīng)對方案,34,業(yè)務(wù)串口的浪涌測試及方案（以485為例）,器件的選型 G1/G2/G3:選擇75V或者90V導(dǎo)通的，通流量根據(jù)測試等級來定，一般要大于測試等級需要的通流量一倍 RT1/RT2:可以選擇10/1W的電阻或者PTC，PTC則可以采用10左右，100200mA，耐壓250V以上的 TVS：根據(jù)芯片的工作電壓與耐壓決定，一般略高于芯片最高工作電壓，可以6.8V-10V之間選擇。 共模電

15、感和Y電容：用來濾除共模干擾的，根據(jù)工作的頻率和干擾信號的頻率來定，比如電容選330PF，共模電感選擇2200/100M,300mA; 這樣的兩級防護可以過共模4KV和差模2KV。,35,五、其他EMC安規(guī)測試及應(yīng)對方案,除了浪涌和耐壓外，我們還需要測試其他的項目，主要包括： 電快速脈沖群，阻尼震蕩波，絕緣電阻，沖擊，傳導(dǎo)騷擾度，傳導(dǎo)抗擾度，靜電，電源的暫降，輻射電磁場抗擾度，射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度，工頻磁場抗擾度，無線電騷擾限制,36,電快速脈沖群,形成機理：電快速瞬變脈沖群是由電感性負載（如繼電器、接觸器等）在多次重復(fù)開關(guān)時，在斷開處產(chǎn)生的暫態(tài)騷擾。這種暫態(tài)騷擾能量較小，一般不會引起設(shè)

16、備的損壞，但由于其頻譜分布較寬，所以會對電子、電氣設(shè)備的可靠工作產(chǎn)生影響。 實驗對象：電源端口、信號和控制端口 試驗要點：瞬變的短上升時間、重復(fù)率和低能量,37,電快速脈沖群,測試波形 試驗等級：,38,試驗等級,電快速脈沖群,測試布置,39,電快速脈沖群試驗失敗的原因,干擾脈沖的波形前沿非常陡峭，持續(xù)時間非常短暫，因此含有極其豐富的高頻成分，這就導(dǎo)致在干擾波形的傳輸過程中，會有一部分干擾從傳輸?shù)木€纜中逸出，這樣設(shè)備最終受到的是傳導(dǎo)和輻射的復(fù)合干擾。 干擾波形直接影響到電源的直流輸出，從而影響這個系統(tǒng)的供電,40,電快速脈沖群的整改措施,電源口： 在電源線入口處安裝電源線濾波器，阻止干擾進入設(shè)

17、備。只要有X電容，Y電容，共模電感或者作何濾波器等 信號口： a）信號電纜屏蔽：使用屏蔽電纜，并使電纜的 屏蔽層與設(shè)備的機殼相連； b）信號電纜上安裝共模扼流圈； c）信號電纜上安裝共模濾波電容； d）對敏感電路局部屏蔽.,41,步步為營，各個擊破,靜電（ESD）的測試,應(yīng)對方案： 最主要的就是端口要與機殼接觸良好（鐵殼），給靜電一個最短的協(xié)防路徑 芯片選型和電路設(shè)計要考慮防靜電 PCB設(shè)計時要將接口底下鋪gnd-earth，并且靠近定位孔,42,沖擊,沖擊和浪涌的測試方法和波形是一樣的 不同點是： 1）沖擊是在不上電的情況下做的，只有共模 2）額定電壓大于60V的回路，應(yīng)能承受1.2/50u

18、s，5KV的開路電壓波形的短時沖擊 3）信號口（額定電壓小于60V的回路），應(yīng)能承受1.2/50us，1KV的開路電壓波形的短時沖擊,43,一般情況下浪涌試驗?zāi)芡ㄟ^，沖擊試驗也能通過。 安全距離是影響沖擊性能的一個重要因素,阻尼震蕩波的測試及應(yīng)對方案,產(chǎn)生的原因：變電站中高壓絕緣體刀閘的合、分操作將引起陡坡瞬態(tài)，其時間量級為幾十ns。 波形： 等級,44,從我們的測試經(jīng)驗來看：防浪涌電路就可以解決阻尼震蕩波的問題。,其他EMC及安規(guī)的測試,絕緣電阻：與耐壓的測試方法是一樣的，應(yīng)對方 案也一樣 電源的暫降、暫時中斷：主要跟電源的儲能電容的而大小有關(guān) 輻射電磁場抗擾度 射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度 工頻磁場抗擾度 無線電騷擾限制,45,與機殼的屏蔽效果以及設(shè)計中的濾波能力有關(guān),典型應(yīng)用電路的濾波技術(shù),時鐘電路的濾波 總線信號的濾波 開關(guān)電源電路的濾波 關(guān)鍵信號的電源去耦設(shè)計 典型接口電路的濾波,46,時鐘電路