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EMS中的浪涌抗擾度的共模浪涌測試,你了解嗎?

來源: 中電網
2020-11-13
類別:技術信息
eye 16
文章創建人 拍明

原標題:EMS中的浪涌抗擾度的共模浪涌測試,你了解嗎?

共模浪涌測試是電磁兼容(EMS)測試中的重要項目,主要用于評估設備在遭受浪涌電壓(如雷擊、開關切換引起的瞬態過電壓)時,其接口及內部電路的抗干擾能力。以下從測試原理、標準要求、實施方法及防護措施等方面進行詳細解析。


一、測試原理

  1. 共模干擾定義
    共模干擾指兩根信號線對地之間的噪聲電壓,其特點是幅度相等、相位相同。例如,雷擊或電網切換時,電源線與地之間可能產生瞬態高壓,形成共模浪涌。

  2. 測試等效模型
    共模浪涌測試中,電源線(ACL/ACN)與保護地(PE)之間施加浪涌電壓,等效為一個內阻約12Ω、脈沖電壓為6kV的電壓源,與共模電感、Y電容串聯。Y電容通常選擇耐壓較高的Y1等級,6kV浪涌能量不足以損壞其絕緣。

  3. 測試目的
    驗證設備在共模浪涌沖擊下,接口電路是否損壞,性能是否下降,能否在浪涌后恢復正常工作。


二、測試標準與等級

  1. 國際標準

    • 工業環境:6kV(類別3)

    • 住宅環境:4kV(類別2)

    • IEC 61000-4-5:規定浪涌抗擾度測試方法,包括共模浪涌測試。

    • 等級劃分:根據設備應用環境,浪涌電壓等級分為2kV、4kV、6kV、8kV。例如:

  2. 測試波形

    • 1.2/50μs開路電壓波形:模擬雷擊浪涌的快速上升沿。

    • 8/20μs短路電流波形:模擬浪涌電流的快速上升和緩慢下降特性。

  3. 測試端口

    • 電源線(L/N)與地(PE)之間。

    • 信號線與地之間(如通信接口)。


三、測試實施方法

  1. 測試設備

    • 浪涌發生器:產生1.2/50μs開路電壓和8/20μs短路電流。

    • 耦合/去耦網絡:將浪涌信號耦合到被測設備(EUT)的電源線或信號線。

    • 示波器:監測浪涌波形及EUT的響應。

  2. 測試步驟

    • 電源線對地施加正負極性浪涌,各5次。

    • 信號線對地施加浪涌(如適用)。

    • 預處理:確保EUT處于正常工作狀態。

    • 施加浪涌

    • 觀察與記錄:檢查EUT是否損壞、性能是否下降,浪涌后能否自動恢復。

  3. 判據

    • EUT在浪涌沖擊下不得出現永久性損壞。

    • 浪涌后,EUT應能恢復正常工作,性能指標符合要求。


四、防護措施與電路設計

  1. Y電容選擇

    • Y電容用于抑制共模干擾,需選擇耐壓等級高于測試電壓的Y1級電容。例如,6kV浪涌測試時,Y電容耐壓應≥6kV。

  2. 共模電感與放電設計

    • 共模電感兩端可能產生高壓,需并聯放電管(MOV)或壓敏電阻(MOV2)限制電壓,防止飛弧損壞周圍器件。

    • 在PCB設計中,可在共模電感兩端加入放電齒,通過尖端放電避免對其他電路的影響。

  3. 差模與共模濾波

    • 差模干擾通過X電容和差模電感抑制。

    • 共模干擾通過共模電感和Y電容抑制。

  4. 接口保護

    • 通信接口(如RS-485、CAN總線)需增加TVS二極管或氣體放電管(GDT),限制浪涌電壓。

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五、測試失敗原因與改進建議

  1. 常見失敗原因

    • 浪涌電壓導致Y電容擊穿(若耐壓不足)。

    • 共模電感兩端高壓飛弧,損壞周圍器件。

    • 接口電路(如整流二極管)因浪涌電壓過高而損壞。

  2. 改進建議

    • 優化Y電容選型,確保耐壓高于測試電壓。

    • 在共模電感兩端并聯放電管或壓敏電阻,限制高壓。

    • 增加接口保護器件,如TVS二極管。

    • 優化PCB布局,避免高壓區域靠近敏感器件。


六、應用案例

  1. 工業設備

    • 工業環境中的設備(如PLC、變頻器)需通過6kV共模浪涌測試,確保在雷擊或電網切換時穩定運行。

  2. 通信設備

    • 通信基站設備需通過浪涌測試,防止因雷擊導致通信中斷。

  3. 消費電子

    • 家用電器(如電視、空調)需通過4kV共模浪涌測試,確保在電網波動時安全運行。


七、總結

共模浪涌測試是評估設備抗干擾能力的重要手段,通過合理的電路設計和防護措施,可有效提升設備的浪涌抗擾度。工程師需根據具體應用場景,選擇合適的測試等級和防護方案,確保產品符合電磁兼容標準。


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標簽: 浪涌抗

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