愛華網(wǎng)1 快速瞬變脈沖群的起因及后果
電路中，機(jī)械開關(guān)對(duì)電感性負(fù)載的切換，通常會(huì)對(duì)同一電路的其它電氣和電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。這類干擾的特點(diǎn)是：脈沖成群出現(xiàn)、脈沖的重復(fù)頻率較高、脈沖波形的上升時(shí)間短暫、單個(gè)脈沖的能量較低。實(shí)踐中，因電快速瞬變脈沖群造成設(shè)備故障的機(jī)率較少，但使設(shè)備產(chǎn)生誤動(dòng)作的情況經(jīng)常可見，除非有合適的對(duì)策，否則較難通過。
2 試驗(yàn)?zāi)康?br />
進(jìn)行快速瞬變脈沖群試驗(yàn)的目的是要對(duì)電氣和電子設(shè)備建立一個(gè)評(píng)價(jià)抗擊快速瞬變脈沖群的共同依據(jù)。
圖2 電快速瞬變脈沖群
（a）接50Ω負(fù)載時(shí)單個(gè)脈沖波形(b)單脈沖重復(fù)周期（c）脈沖群周期
3 快速瞬變脈沖群的模擬
圖1給出了快速瞬變脈沖群的發(fā)生器基本線路。脈沖群的波形則參見圖5所示。
對(duì)快速瞬變脈沖群的基本要求是：
脈沖的上升時(shí)間（指10％～90％）：5ns±30％;
脈沖持續(xù)時(shí)間（上升沿的50％至下降沿的50％）：50ns±30％;
脈沖重復(fù)頻率：5kHz或2.5kHz;
脈沖群的持續(xù)時(shí)間：15ms;
脈沖群的重復(fù)周期：300ms;
發(fā)生器的開路輸出電壓（峰值）：（0.25～4）kV;
發(fā)生器的動(dòng)態(tài)輸出阻抗：50Ω±20％;
輸出脈沖的極性：正/負(fù);
與電源的關(guān)系：異步。
4 試驗(yàn)配置
有兩種類型的試驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的型式試驗(yàn)和設(shè)備安裝完畢后的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定第一種試驗(yàn)是優(yōu)先采用的試驗(yàn)；對(duì)于第二種試驗(yàn)，只有制造商和用戶達(dá)成一致意見時(shí)，方才采用。
快速瞬變脈沖群試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室配置與靜電放電試驗(yàn)相類似，地面上有參考接地板，接地板的材料與靜電放電的要求相同；但對(duì)臺(tái)式設(shè)備，在臺(tái)面上不要鋪設(shè)金屬板。
5 試驗(yàn)方法
（1）對(duì)電源線的試驗(yàn)（包括交流和直流），通過耦合與去耦網(wǎng)絡(luò)，用共模方式，在每個(gè)電源端子與最近的保護(hù)接地點(diǎn)之間，或與參考接地板之間加試驗(yàn)電壓。
（2）對(duì)控制線、信號(hào)線及通信設(shè)備，用共模方式，通過電容耦合夾子來施加試驗(yàn)電壓。
（3）對(duì)于設(shè)備的保護(hù)接地端子，試驗(yàn)電壓加在端子與參考接地之間。
試驗(yàn)每次至少要進(jìn)行1min，而且正/負(fù)極性都屬必須。
6 試驗(yàn)的嚴(yán)酷度等級(jí)
該試驗(yàn)的嚴(yán)酷度等級(jí)見表4。
表1嚴(yán)酷度等級(jí)
等級(jí)電源線上(kV)信號(hào)線上(5kHz)(kV)
1234X0.5(5kHz)1(5kHz)2(5kHz)4(2.5kHz)0.250.512待定
表內(nèi)：電壓指脈沖群發(fā)生器信號(hào)貯能電容上的電壓；頻率指脈沖群內(nèi)脈沖的重復(fù)頻率。
嚴(yán)酷度等級(jí)的大體分類是：
1級(jí)保護(hù)良好環(huán)境下的設(shè)備（如計(jì)算機(jī)機(jī)房）；
2級(jí)通常有保護(hù)環(huán)境下的設(shè)備（如工廠中的計(jì)算機(jī)機(jī)房和控制室）；
3級(jí)無保護(hù)環(huán)境下的設(shè)備（如公用電網(wǎng)、工廠、變電站）；
4級(jí)有嚴(yán)重騷擾環(huán)境下的設(shè)備（如采用氣體絕緣的開關(guān)或真空開關(guān)的變電站）。
7 試驗(yàn)的評(píng)述和標(biāo)準(zhǔn)的今后發(fā)展趨勢(shì)
試驗(yàn)的原理是利用脈沖群對(duì)線路分布電容能量的積累效應(yīng)，當(dāng)能量積累到一定程度就可能引起線路（乃至設(shè)備）工作出錯(cuò)。通?？梢杂迷囼?yàn)中的線路一旦出錯(cuò)，就會(huì)連續(xù)不斷地出錯(cuò)，即使把脈沖電壓稍稍降低，出錯(cuò)情況依然不斷的現(xiàn)象來加以解釋。
今后發(fā)展趨勢(shì)是脈沖的重復(fù)頻率提高，但脈沖群的長(zhǎng)度縮短，使每群脈沖個(gè)數(shù)基本保持不變。
EFT測(cè)試時(shí)干擾施加方式詳解
EFT測(cè)試時(shí)，有L1、L2、L3、N及PE等端口。PE和大地是兩個(gè)概念,電快速脈沖干擾是共模性質(zhì)的，在標(biāo)準(zhǔn)提供的實(shí)驗(yàn)設(shè)置圖中可以看到從試驗(yàn)發(fā)生器來的信號(hào)電纜芯線通過可供選擇的耦合電容加到相應(yīng)的電源線（L1、L2、L3、N及PE）上，信號(hào)電纜的屏蔽層則和耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)的機(jī)殼相連，機(jī)殼則接到參考接地端子上。
% b) ]/ N0 ?6 K6 h這就表明脈沖群干擾實(shí)際上是加在電源線與參考大地之間，因此加在電源線上的干擾是共模干擾
/ Q. _9 m1 N6 X/ ^r: }9 u而對(duì)于采用耦合夾的實(shí)驗(yàn)方式來說，電快速脈沖將通過耦合板與受試電纜之間的分布電容進(jìn)入受試電纜，而受試電纜所接收到的脈沖仍然是相對(duì)參考接地板來說的。% a6 m) J' P; K8 _
因此，通過耦合夾對(duì)受試電纜所施加的干擾仍然是共模性質(zhì)的。確定了干擾的性質(zhì)，那么我們就可以采取相應(yīng)的措施使設(shè)備順利通過實(shí)驗(yàn)。那么我們不難看出，電源濾波器中所使用的X電容（差模電容）對(duì)于EFT干擾是沒有抑制作用的。(這段本人不同意作者的提法，eft表面看是共模，實(shí)際上有耦合到線上的干擾不平衡，這就是差模。Cx差模電容作用不大，是因?yàn)?，脈沖群主要是高頻，差模電容在高頻是已經(jīng)諧振完了，不再是純?nèi)菪云骷?-劉淵正注)- |4 I! r5 X2 E; _# H5 _7 Y/ _
如果設(shè)備是金屬外殼，Y電容（共模電容）會(huì)起作用，將高頻EFT旁路到外殼上面，然后通過設(shè)備外殼和參考地間的分布電容回到信號(hào)源，從而不會(huì)進(jìn)入電路。) f6 ~$ t6 T4 E, v3 M7 n
電快速脈沖干擾導(dǎo)致設(shè)備失效的機(jī)理根據(jù)國外學(xué)者對(duì)脈沖群干擾造成設(shè)備失效的機(jī)理的研究，單個(gè)脈沖的能量較小，不會(huì)對(duì)設(shè)備造成故障。但脈沖群干擾信號(hào)對(duì)設(shè)備線路結(jié)電容充電，當(dāng)上面的能量積累到一定程度之后，就可能引起線路（乃至系統(tǒng)）的誤動(dòng)作。
7 Y! @# W) f/ u7 W+ L( ~8 @因此，線路出錯(cuò)會(huì)有個(gè)時(shí)間過程，而且會(huì)有一定偶然性（不能保證間隔多少時(shí)間，線路一定出錯(cuò)，特別是當(dāng)試驗(yàn)電壓達(dá)到臨界點(diǎn)附近時(shí)）。而且很難判斷究竟是分別施加脈沖，還是一起施加脈沖，設(shè)備更容易失效。也很難下結(jié)論設(shè)備對(duì)于正向脈沖和負(fù)向脈沖哪個(gè)更為敏感。
7 N; |! L[+ v3 M2 W1 R! |$ T" l# _+ y實(shí)踐表明，一臺(tái)設(shè)備往往是某一條電纜線，在某一種試驗(yàn)電壓，對(duì)某個(gè)極性特別敏感。實(shí)驗(yàn)顯示，信號(hào)線要比電源線對(duì)電快速脈沖干擾敏感得多。
d* D" N$ ]( |D' A% l: m設(shè)備通過電快速脈沖測(cè)試的有效措施首先我們先分析一下干擾的注入方式：EFT干擾信號(hào)是通過耦合去耦網(wǎng)絡(luò)中的33nF的電容耦合到主電源線上面（而信號(hào)或控制電纜是通過電容耦合夾施加干擾，等效電容是100pF）。對(duì)于33nF的電容，它的截止頻率為100K，也就是100KHZ以上的干擾信號(hào)可以通過；而100pF的電容，截止頻率為30M，僅允許30MHz頻率以上的干擾通過。電快速脈沖的干擾波形為5ns/50ns，重復(fù)頻率5K，脈沖持續(xù)時(shí)間15ms，脈沖群重復(fù)周期300ms。根據(jù)傅立葉變換，它的頻譜是從5K--100M的離散譜線，每根譜線的距離是脈沖的重復(fù)頻率。
- J! W% ]2 od6 f EFT/B通過對(duì)AC輸入的3口端子輸入到設(shè)備內(nèi)部，由于EFT/B具有很豐富的頻譜，空間耦合能力很強(qiáng)，所以對(duì)于系統(tǒng)采用AC-DC作為二級(jí)電源的設(shè)備來說，由電源輸入端到開關(guān)電源的L、N、PE線就成了很強(qiáng)的干擾源，而在此次測(cè)試的設(shè)備中，弱電布線距離強(qiáng)電的距離很小，為EFT/B的耦合提供了便利。作為猜想的驗(yàn)證，把強(qiáng)弱電走線大距離分開，尤其是PE線走線距離調(diào)整為最短后，EFT/B測(cè)試順利通過。
為了應(yīng)對(duì)EFT/B測(cè)試及相類似的干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在我們的設(shè)計(jì)中不妨注意如下幾點(diǎn)：
1、在PCB層次，電源輸入位置要做好濾波，通常采用的是大小電容組合，根據(jù)實(shí)際情況可以酌情再添加一級(jí)磁珠來濾除高頻。
2、在綜合布線中，要注意強(qiáng)弱電的布線隔離、信號(hào)線與功率線的隔離、“干凈”線與“不干凈”線的布線隔離。綜合布線是系統(tǒng)很重要的一個(gè)設(shè)計(jì)組成部分，一個(gè)糟糕的綜合布線格局很可能斷送一個(gè)設(shè)計(jì)精良的PCB的穩(wěn)定性。
知道以上幾點(diǎn)，施加干擾的耦合電容扮演了一個(gè)高通濾波器的角色，因?yàn)殡娙莸淖杩闺S著頻率的升高而下降，那么干擾中的低頻成分不會(huì)被耦合到EUT，而只有頻率較高的干擾信號(hào)才會(huì)進(jìn)入EUT。當(dāng)我們?cè)贓UT電路中再加入共模電感（特別要注意的是，這里的共模電感一定要加在主電源線及其回線上，否則會(huì)發(fā)生飽和從而達(dá)不到衰減干擾的目的）就可以衰減掉一些高頻干擾成分，因?yàn)殡姼械淖杩闺S著頻率的增加而升高。因此，實(shí)際施加到EUT上面的干擾信號(hào)只有中間頻率部分。
