EFT測試|EFT整改

如何順利通過電磁兼容試驗
 ―認證檢測中常見的電磁兼容問題與對策

1．概述
1.1 什么時候需要電磁兼容整改及對策
對一個電子、電氣產(chǎn)品來說，在設計階段就應該考慮其電磁兼容性，這樣可以將產(chǎn)品在生產(chǎn)階段出現(xiàn)電磁兼容問題的可能性減少到一個較低的程度。但其是否滿足要求，zui終要通過電磁兼容測試檢驗其電磁兼容標準的符合性。
由于電磁兼容的復雜性，即使對一個電磁兼容設計問題考慮得比較周全得產(chǎn)品，在設計制造過程中，難免出現(xiàn)一些電磁干擾的因素，造成zui終電磁兼容測試不合格。在電磁兼容測試中，這種情況還是比較常見的。

對產(chǎn)品定型前的電磁兼容測試不合格的問題，我們*可以遵循正常的電磁兼容設計思路，按照電磁兼容設計規(guī)范法和系統(tǒng)法，針對產(chǎn)品存在的電磁兼容問題重新進行設計。
從源頭上解決存在的電磁兼容隱患。這屬于電磁兼容設計范疇。
而目前國內(nèi)電子、電氣產(chǎn)品比較普遍存在的情況是：
產(chǎn)品在進行電磁兼容型式試驗時，產(chǎn)品設計已經(jīng)定型，產(chǎn)品外殼已經(jīng)開模，PCB板已經(jīng)設計生產(chǎn)，部件板卡已經(jīng)加工，甚至產(chǎn)品已經(jīng)生產(chǎn)出來等著出貨放行。
對此類產(chǎn)品存在的電磁兼容問題，只能采取“出現(xiàn)什么問題，解決什么問題”的問題解決法，以對產(chǎn)品的zui小改動使其達到電磁兼容要求。
這就屬于電磁兼容整改對策的范疇，這是我們這次課程需要探討的問題。

1.2 常見的電磁兼容整改措施
對常見的電磁兼容問題，我們通過綜合采用以下幾個方面的整改措施，一般可以解決大部分的問題：
可以在屏蔽體的裝配面處涂導電膠，或者在裝配面處加導電襯墊，甚至采用導電金屬膠帶進行補救。
導電襯墊可以是編織的金屬絲線、硬度較低易于塑型的軟金屬（銅、鉛等）、包裝金屬層的橡膠、導電橡膠或者是梳狀簧片接觸指狀物等。
在不影響性能的前提下，適當調整設備電纜走向和排列，做到不同類型的電纜相互隔離。
改變普通的小信號或高頻信號電纜為帶屏蔽的電纜，改變普通的大電流信號或數(shù)據(jù)傳輸信號電纜為對稱絞線電纜。

加強接地的機械性能，降低接地電阻。同時對于設備整體要有單獨的低阻抗接地。
在設備電源輸入線上加裝或串聯(lián)電源濾波器。
在可能的情況下，對重要器件進行屏蔽、隔離處理，如加裝接地良好的金屬隔離板或小的屏蔽罩等。
在各器件電源輸入端并聯(lián)小電容，以旁路電源帶來的高頻干擾。

下面，我們分別就電子、電器產(chǎn)品在傳導發(fā)射、輻射發(fā)射、諧波電流、靜電放電、電快速脈沖、浪涌等電磁兼容測試項目試驗過程中較常出項的問題及解決方案和補救措施與大家共同探討。
我們根據(jù)各項目的特點，將這些內(nèi)容分為三大類分別進行討論：
電磁騷擾發(fā)射類：傳導發(fā)射、輻射發(fā)射
諧波電流類
瞬態(tài)脈沖抗擾度類：靜電放電、電快速脈沖、浪涌沖擊

2．電磁騷擾發(fā)射測試常見問題對策及整改措施
對于電磁發(fā)射測試對策及整改，我們將在下個專題《電子產(chǎn)品*檢測中常見電磁兼容問題與對策》中以AV和IT類產(chǎn)品為例加以詳細探討，在這兒僅進行一些提綱性介紹，不再深入展開探討。

2.1 電子、電氣產(chǎn)品內(nèi)的主要電磁騷擾源
設備開關電源的開關回路：騷擾源主頻幾十kHz到百余kHz，高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。
設備直流電源的整流回路：工頻整流噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百kHz；高頻整流噪聲頻率上限可延伸到數(shù)十MHz。
電動設備直流電機的電刷噪聲：噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百MHz。
電動設備交流電機的運行噪聲：高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。
變頻調速電路的騷擾發(fā)射：騷擾源頻率從幾十kHz到幾十MHz
設備運行狀態(tài)切換的開關噪聲：噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百MHz。

智能控制設備的晶振及數(shù)字電路電磁騷擾：騷擾源主頻幾十kHz到幾十MHz，高次諧波可延伸到數(shù)百MHz。
微波設備的微波泄漏：騷擾源主頻數(shù)GHz。
電磁感應加熱設備的電磁騷擾發(fā)射：騷擾源主頻幾十kHz，高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。
電視電聲接收設備的高頻調諧回路的本振及其諧波：騷擾源主頻數(shù)十MHz到數(shù)百MHz，高次諧波可延伸到數(shù)GHz。
信息技術設備的及各類自動控制設備數(shù)字處理電路：騷擾源主頻數(shù)十MHz到數(shù)百MHz，高次諧波可延伸到數(shù)GHz。

2.2 騷擾源定位
2.2.1 根據(jù)測量曲線定位：
依據(jù)：超標騷擾頻率范圍、超標騷擾頻域分布、窄帶騷擾還是寬帶騷擾等
根據(jù)被測設備工作方式和內(nèi)部結構定位：
有沒有使用標準不建議使用的半波整流和對稱/非對稱電源調整電路？
內(nèi)部結構中電路板布局是否合理？
內(nèi)部電纜走線是否合理？
內(nèi)部濾波器（濾波電路）安裝是否合理？
內(nèi)部電路接地和搭接方式是否合理？
機箱屏蔽是否滿足對應產(chǎn)品的需求？

2.2.2 根據(jù)被測設備組成和功能定位：
設備內(nèi)部有否二次電源，其工作方式？
設備內(nèi)是否有驅動電機，電機類型？
設備內(nèi)是否有變頻調速電路？
設備內(nèi)是否有數(shù)碼控制或智能控制電路？是否使用晶振？
設備內(nèi)是否存在程控的繼電器或開關電路？
設備正常工作是否利用電磁波或微波？
設備內(nèi)是否存在工作中的無線收發(fā)電路？

2.2.3 根據(jù)功能模塊工作情況進行故障定位：
若設備的各個模塊可以暫停和恢復工作，可以通過逐個暫停這些模塊的工作來判斷騷擾來源。
若模塊不可以獨立暫停和恢復工作，可以通過與設備其它功能模塊一起組合進行暫停和恢復工作，從而判斷騷擾的大概來源。
若模塊不可以獨立暫停和恢復工作，可以通過與其它設備的合格功能模塊一起組合進行暫停和恢復工作，從而判斷騷擾的大概來源。
對懷疑騷擾超標的模塊，可以用置換的方式來進行騷擾判定。

2.3 電子、電氣產(chǎn)品連續(xù)傳導發(fā)射超標問題及對策
家電類產(chǎn)品連續(xù)傳導騷擾標稱測量頻率范圍148.5kHz-30MHz（實際為150kHz-30MHz）。
測量分別在電源端子及負載端子和附加端子上進行。
連續(xù)傳導騷擾的主要來源：
開關電源的開關頻率及諧波騷擾、電源整流回路的整流噪聲、
交流電機的運行噪聲、直流電機的電刷噪聲、
電磁感應加熱設備的電磁騷擾、
智能控制設備的晶振及數(shù)字電路電磁騷擾等
當我們通過騷擾定位方式找到超標點的騷擾來源后，
即可采用相對應的騷擾抑制措施。

（針對故障定位及傳導騷擾來源展開說明）
對一般的電源端連續(xù)傳導騷擾可以通過以下的電路加以抑制：






對于負載端子和附加端子的傳導騷擾可以通過以下的電路加以抑制







無論是對電源端子、負載端子和附加端子采取抑制措施，若使用獨立的濾波器時，需注意其安裝方式。

















2.4電子、電氣產(chǎn)品斷續(xù)傳導發(fā)射超標問題及對策
家電類產(chǎn)品斷續(xù)傳導騷擾標稱測量頻率范圍148.5kHz-30MHz（實際為150kHz-30MHz）。
測量在電源端子上進行，喀嚦聲測量的頻率點為：150kHz、500kHz、1.4MHz、30MHz
斷續(xù)傳導騷擾的主要來源：
恒溫控制器具，程序自動的機器和其他電氣控制或操作的器具的開關操作會產(chǎn)生斷續(xù)騷擾。
此類操作一般通過繼電器和程控電子/機械開關等實現(xiàn)。
此類騷擾一般由繼電器、開關的觸點抖動及非純阻負載通斷所產(chǎn)生的電涌沖擊形成。
可采用相對應的騷擾抑制措施主要針對以上兩個方面進行。

2.5 電子、電氣產(chǎn)品輻射騷擾超標問題及對策
電子、電氣產(chǎn)品輻射騷擾場強測量頻率范圍30MHz-1000MHz。
測量一般在開闊場或半電波暗室中進行。
輻射騷擾的主要騷擾來源：
開關電源的開關頻率及諧波騷擾
交流電機的運行噪聲、直流電機的電刷噪聲
電磁感應設備的電磁騷擾
智能控制設備的晶振及數(shù)字電路電磁騷擾等

當我們通過騷擾定位方式找到輻射騷擾超標點的騷擾源后，即可采用相對應的騷擾源抑制措施。
一般來說，首先抑制騷擾源，這可以通過優(yōu)化電路設計、電路結構和排版，加強濾波和正確的接地來達到。
其次是要切斷耦合途徑，這可以通過正確的機殼屏蔽和傳輸線濾波達到。

3．諧波電流測試常見問題對策及整改措施
對于由交流市電供電的電子、電氣產(chǎn)品，諧波電流是一個很重要的電磁兼容測量項目。
在低壓市電網(wǎng)絡使用的電子電氣設備，其供電電壓是正弦波，但其電流波形未必是正弦波，可能有或多或少的畸變。大量的此類設備應用，會造成電網(wǎng)電壓波形畸變，使電網(wǎng)電能質量下降。


圖4：高壓整流電路及對應的畸變電流波形

一個周期函數(shù)可以分解為傅立葉級數(shù)，表示為多級正弦函數(shù)的和式，即可把周期信號當作是正弦函數(shù)的基波與高次諧波的合成。
所以，我們可以將設備的畸變電流波形分解為基波和高次諧波，通過特定的儀器測量高次諧波含量，就可以分析出設備電流波形畸變的程度。這些高次諧波電流分量我們簡稱為諧波電流。


圖6：畸變電流波形的傅立葉展開示意圖

當電網(wǎng)中存在過量的諧波電流，不僅會使發(fā)電機的效率降低，嚴重時還會造成發(fā)電機和電網(wǎng)設備的損壞，同時還會影響電網(wǎng)用戶設備的正常工作，比如計算機運算出錯，電視機畫面翻滾。
正是出于保護共用電網(wǎng)電能質量，保障電網(wǎng)和用戶設備的正常進行，IEC提出了諧波電流限值標準。
諧波電流測試不適用于由非市電的低壓交、直流和電池供電的電子、電氣產(chǎn)品。

3.1測量標準介紹
下面以GB17625.1標準為例，對諧波電流的測量作一個簡要介紹。
標準名稱：GB17625.1-2003 idt IEC61000-3-2:2001 《電磁兼容 限值 諧波電流發(fā)射限值（設備每相輸入電流≤16A）》
GB17625.1-2003是眾多電子電器產(chǎn)品認證檢驗的一個重要依據(jù)標準。該標準測量和限制的就是由低壓市電供電的電子、電氣產(chǎn)品（設備每相輸入電流≤16A）在使用時其供電電流波形畸變的程度。
GB17625.1-2003標準是通過限制設備電流的高次諧波分量的大小來限制設備電流波形的畸變的。GB17625.1考慮到第40次諧波電流含量。
3.1.1標準的適用范圍
該標準只對接入頻率為50Hz/60Hz、相電壓為220V/230V/240V的低壓供電系統(tǒng)且每相輸入電流不大于16A的設備提出諧波電流限值要求。
該標準是一個通用電磁兼容標準。適合于本標準的產(chǎn)品類別較多，如家用電器、電動工具、電氣照明設備、信息技術設備、影音設備等等。
3.1.2設備的分類
分類是按照諧波電流限值不同而進行的。
A類：平衡的三相設備;
家用電器，不包括列入D類的設備；
工具，不包括便攜式工具；
白熾燈調光器；
音頻設備；
以及除以下幾類設備外的所有其他設備。
B類：便攜式工具；不屬于設備的電弧焊設備
C類：照明設備
D類：有功功率不大于600W下列設備：個人計算機和個人計算機顯示器；電視接收機。
B類、C類和D類設備定義比較簡單，A類的區(qū)分比較復雜。
3.1.3諧波電流限值
下列類型設備的限值在該標準中未作規(guī)定：
額定功率75W及以下的設備，照明設備除外（將來該值可能從75W減小到50W）；
總額定功率大于1kW的設備；
額定功率不大于200W的對稱控制加熱元件；
額定功率不大于1kW的白熾燈獨立調光器。
（通常有生產(chǎn)廠家利用此條的限制項來達到免于進行諧波電流限制的目的）
3.1.3.1 A類設備的諧波電流限值
A類設備的諧波電流限值見標準相應表格，限值是有效值，單位為安培。該限值是固定值，與產(chǎn)品的功率和基波電流大小不相關。
3.1.3.2 B類設備的諧波電流限值
B類設備的諧波電流限值是A類設備的限值的1.5倍。
3.1.3.3 C類設備的諧波電流限值
a）有功輸入功率大于25W
對于有功輸入功率大于25W的照明電器，諧波電流不應超過C類設備的相關限值。該限值與產(chǎn)品基波電流大小不相關。
b）有功輸入功率不大于25W
對于有功功率不大于25W的放電燈，標準規(guī)定了其特定的合格判定條件。
3.1.3.4 D類設備的諧波電流限值
a）只限制奇次諧波電流。
b）奇次諧波電流不僅要符合zui大允許諧波電流，還要符合“每瓦功率允許的zui大諧波電流”。
可以說對D類設備的要求是比較嚴格的，而實際情況卻是D類設備的諧波電流往往比較大。
該規(guī)定是考慮到D類設備應用非常廣泛，又經(jīng)常是連續(xù)運轉，客觀上又經(jīng)常同時使用。如此多的D類設備同時工作，它們產(chǎn)生的諧波電流在合成（矢量合成）后對電網(wǎng)電能質量的影響將是不能不考慮的。
3.1.4諧波電流測量儀器
諧波測量設備一般由兩部分組成：精密電源單元與測量儀表單元。
要求電源部分能向被測設備提供良好波形的電壓源、負載能力和平坦的阻抗特性。
標準規(guī)定測量儀表單元必須是離散付氏變換（FFT）的時域測量儀器，能夠連續(xù)、準確地同時測量全部各次諧波所涉及的幅值、相位角等需要量。
目前實驗室多采用以FFT為頻譜分析原理的諧波測量儀。測量儀的前級為采樣電路、模-數(shù)變化器，后級是FFT分析儀（可以利用PC機實現(xiàn)）。
3.1.5試驗條件
標準中規(guī)定了部分類型設備諧波電流的試驗條件。
對于沒有提到的設備，發(fā)射測量應在用戶操作控制下或自動程序設定在正常工作狀態(tài)下，預計產(chǎn)生zui大總諧波電流（THC）的模式進行。
這是規(guī)定了發(fā)射試驗時設備的配置，而不是要求測量THC值或尋找zui惡劣狀態(tài)下的發(fā)射。
3.2 諧波電流發(fā)射的基本對策
解決諧波發(fā)射超標問題的基本辦法是在原來的電源電路中增加功率因數(shù)校正（PFC）電路。或改變已有的PFC電路，使其滿足測試標準要求。
功率因數(shù)校正一般分為兩種類型，即主動式和被動式。
當然對于中小功率的電子、電器設備，盡可能將其消耗的有功功率降低到75W以下，也不失為一種有效的方法。因為標準沒有對75W及以下的設備給出限值（照明設備除外）。
對于一些的或特殊用途的設備，使其滿足標準限值中免于限制條款，也是可行的。
3.2.1主動式功率因數(shù)校正
主動式功率因數(shù)校正電路可以zui大限度的提高功率因數(shù)，使其接近于1，這是目前較為理想的諧波電流解決方案。
這樣的開關電源電路必須使用二級開關電路控制，其中一級開關電路用來控制電流諧波，另外一級開關電路用作電壓調整。
該方案電路比較復雜，對電路元件要求高，增加的改進成本較高，而且對原來電源電路的設計概念必須作*的更新。
使用中還應該注意到，設備注入電源的射頻傳導騷擾可能因此而增加，這時必須再根據(jù)需要增加抑制電源傳導騷擾的元件。
顯然，因為技術的原因，該方案一般不能應用在采用線形電源變壓器供電的設備上。
由于該方案對電路改動太大，一般少在諧波電流測試不通過時作為整改對策使用。
3.2.2被動式功率因數(shù)校正
目前消費類電子、電氣產(chǎn)品所采用的開關電源電路多是開關頻率比較低、電路結構簡單、成本較低的那種形式，其諧波電流發(fā)射超過限值的問題也較普遍。
在這種情況下，成本控制可能是主要的考慮。
采用低頻濾波電路可以降低諧波成份到標準限值以下，這種措施屬于被動式功率因數(shù)校正。這種方案適合于中小功率設備。
因為需要濾除的是工頻諧波，對功率較大的設備，濾波器的重量和成本可能會超過設備電源本身。
3.2.3其它解決措施
對那些設備整體呈感性或容性的電子、電氣設備（如電動設備等），在正常工作時，其電流波形的峰值出現(xiàn)時間可能會滯后或超前電壓波形的峰值，造成產(chǎn)品的功率因素的下降。
對此類設備較常采用的方式是對應的容性或感性補償，使補償后的電流波形的峰值出現(xiàn)時間與電壓波形的峰值出現(xiàn)時間保持同步。
此類補償需注意，不要出現(xiàn)過補償，否則，效果適得其反。
此類補償方式多用于電力系統(tǒng)的功率因素補償，一般的電子、電氣設備上較少采用。
因為，一般的電子、電氣設備的諧波問題主要表現(xiàn)為波形畸變，而不僅是電流波形相位滯后、超前的問題，這種補償方式效果不明顯。

下面首先介紹兩種被動式功率因數(shù)校正電路，然后再介紹主動式功率因數(shù)校正電路。
對一般用電設備來說，這兩種被動式功率因數(shù)校正電路所增加的元件成本均比較低，體積也不大，一般是可以接受的。
采用主動式功率因數(shù)校正電路的比被動式成本略高,但校正效果會比被動式好的多。
對有些采用其它方案不能湊效的產(chǎn)品，主動式功率因數(shù)校正電路可能是zui后*的選擇。
當然，有些產(chǎn)品為提高產(chǎn)品質量和檔次，也會主動采用主動式功率因數(shù)校正電路。
3.3 利用電感儲能電流泵式解決方案
該方案適用于直接利用高壓整流方式來供電的產(chǎn)品。電路如圖7所示。
這個電路僅僅由一個扼流圈L1、一個快速開關二極管D1和一個耐沖擊電容C組成。用這三只元件構成一個電流泵電路，取代原來開關電源里的由二極管和RC網(wǎng)絡組成的限幅緩沖電路。
扼流圈的電感L1大概是開關變壓器的主電感L的4倍。
耦合電容C應該能夠耐高壓和沖擊，它的容量是10到30nF。
對應開關電源的功率從75W到300W的范圍。
C1電容應該大到足夠滿足zui大的諧波電流限值，二極管選用快恢復特性功率二極管。
此電路結合主動功率因數(shù)校正的原理，利用電感儲能延長整流導通的時間，從而有效減少了輸入的諧波電流幅度。
應用此電路時，應注意調整開關變壓器和開關晶體管的參數(shù)，否則易損壞開關晶體管。
此電路宜應用在電源開關頻率較高，開關晶體管導通電流大，內(nèi)阻很小的電源電路中。

圖7：電流泵式被動功率因數(shù)校正電路
3.4 低頻諧波電流抑制濾波解決方案
電路如圖8所示。該方案適用于直接利用高壓整流方式來供電的產(chǎn)品。
這個電路僅僅由一個低頻扼流圈組成，插入整流橋和濾波電容之間。
其工作原理非常簡單，低頻扼流圈的電感和整流電容以及低頻扼流圈的分布電容共同組成一個低頻諧波電流濾波器。

圖8：低頻濾波器被動功率因數(shù)校正電路
電路參數(shù)要設計成對50Hz的基波成份衰減很小，對三次以上諧波成份衰減很大，尤其是第三次諧波（150Hz）的衰減zui大。
低頻諧波電流抑制濾波器在電源整流之后或者之前的某些點插入電流回路，就可以起到抑制諧波電流的目的。
可以解決300W以下產(chǎn)品的諧波電流問題，并且不需要電路其它參數(shù)作任何改變，也不會降低原電源電路的其它性能。
其缺點是體積較大，重量約100-200克。
3.5 主動PFC解決方案
該方案是在主電源上串聯(lián)另一個電源變換器，它強迫電源緊密跟隨正弦型線電壓獲取電流。
圖9為其原理示意圖。
該方案適用于直接利用高壓整流方式來供電的產(chǎn)品。


圖9：主動式PFC原理示意圖
工頻交流經(jīng)過整流器整流后變成波動的直流，該波動直流提供給PFC轉換電路進行轉換。
對一般普通的開關電源來說，由于PFC控制電路相當于在原開關電源的整流和濾波回路之間增加了一級開關回路。
一方面增加了電路的復雜程度，可能需要對原系統(tǒng)的電源部分重新設計和排版；
另一方面，由于相當于增加了一級開關轉換電路，電源產(chǎn)生的射頻騷擾必然有所增加甚至超標，這時可能需要采取一些措施使其重新符合相關標準的要求。
3.6 諧波問題的其它對策
以上三種諧波電流問題解決方案主要適用于直接利用高壓整流方式來供電的產(chǎn)品。
因為此類產(chǎn)品諧波電流非常大，若不采取相應對策，則難以滿足諧波標準要求。
對通過工頻變壓器供電的產(chǎn)品和直接使用交流電源而不通過電源變換電路二次供電的家電產(chǎn)品，一般情況下諧波電流不大，且其波電流限值比較寬松，即使不采取諧波電流抑制措施，其諧波電流測試合格率還是非常高的。
但我們依然需要注意以下幾個方面的內(nèi)容。
對那些非高壓整流方式來供電的家電產(chǎn)品，低次諧波電流限值比較寬松，合格是比較容易的，此時，應注意的是20次以上的高次諧波電流容易出現(xiàn)問題。
對此類的高次諧波超標問題，一般在電源回路中增加適當?shù)母叽沃C波濾波電感（高頻扼流圈）即可解決問題。
由于半波整流方式和利用相位截波方式調節(jié)（如可控硅非過零控制）對電源進行對稱和非對稱控制都很容易產(chǎn)生非常大的諧波電流。諧波電流標準一般不允許采用半波整流方式和對電源進行對稱和非對稱控制。
若測試時諧波電流超標，建議將電源半波整流方式和對稱/非對稱控制方式改為其他的控制方式。
如將半波整流改為全波整流或橋式整流方式。將利用相位截波方式調節(jié)的對稱/非對稱控制方式改成對稱的過零觸發(fā)控制方式。可以有效地解決此類諧波問題。
4．瞬態(tài)脈沖抗擾度測試常見問題對策及整改措施
4.1 綜述
電磁兼容所說的瞬態(tài)脈沖是指干擾脈沖是斷續(xù)性的，一般具有較高的干擾電壓，較快速的脈沖上升時間，較寬的頻譜范圍。一般包括：靜電放電、電快速瞬變脈沖群、浪涌沖擊等。
由于它們具有以上共同特點，因此在試驗結果的判斷及抑制電路上有較大的共同點。在此處*行介紹。
4.1.1 瞬態(tài)脈沖抗擾度測試常見的試驗結果說明
對不同試驗結果，可以根據(jù)該產(chǎn)品的工作條件和功能規(guī)范按以下內(nèi)容分類：
A：技術要求范圍內(nèi)的性能正常；
B：功能暫時降低或喪失，但可自行恢復性能；
C：功能暫時降低或喪失，要求操作人員干預或系統(tǒng)復位；
D：由于設備（元件）或軟件的損壞或數(shù)據(jù)的喪失，而造成不可恢復的功能降低或喪失。
符合A的產(chǎn)品，試驗結果判合格。這意味著產(chǎn)品在整個試驗過程中功能正常，性能指標符合技術要求。
符合B的產(chǎn)品，試驗結果應視其產(chǎn)品標準、產(chǎn)品使用說明書或者試驗大綱的規(guī)定，當認為某些影響不重要時，可以判為合格。
符合C的產(chǎn)品，試驗結果除了特殊情況并且不會造成危害以外，多數(shù)判為不合格。
符合D的產(chǎn)品判別為不合格。
符合B和C的產(chǎn)品試驗報告中應寫明B類或C類評判依據(jù)。符合B類應記錄其喪失功能的時間。
4.1.2常用的瞬態(tài)脈沖抑制電路：
4.1.2.1 箝位二極管保護電路：

圖10二極管保護電路
工作原理如圖10。
使用2只二極管的目的是為了同時抑制正、負極性的瞬態(tài)電壓。瞬態(tài)電壓被箝位在V++VPN~V--VPN范圍內(nèi)，串聯(lián)電阻擔負功率耗散的作用。利用現(xiàn)有電源的電壓范圍作為瞬態(tài)電壓的抑制范圍，二極管的正向導通電流和串聯(lián)電阻的阻值決定了該電路的保護能力。本電路具有*的保護效果，同時其代價低廉，適合成本控制比較嚴、靜電放電強度和頻率不十分嚴重的場合。
4.1.2.2 壓敏電阻保護電路：
壓敏電阻的阻值隨兩端電壓變化而呈非線性變化。當施加在其兩端的電壓小于閥值電壓時，器件呈現(xiàn)無窮大的電阻；當施加在其兩端的電壓大于閥值電壓時，器件呈現(xiàn)很小電阻值。此物理現(xiàn)象類似穩(wěn)壓管的齊納擊穿現(xiàn)象，不同的是壓敏電阻無電壓極性要求。使用壓敏電阻保護電路的特點是簡單、經(jīng)濟、瞬態(tài)抑制效果好，且可以獲得較大的保護功率。
4.1.2.3 穩(wěn)壓管保護電路：
背對背串接的穩(wěn)壓管對瞬態(tài)抑制電路的工作原理是顯而易見的。當瞬態(tài)電壓超過V1的穩(wěn)壓值時，V1反向擊穿，V2正向導通；當瞬態(tài)電壓是負極性時，V2反向擊穿，V1正向導通。將這2只穩(wěn)壓管制作在同一硅片上就制成了穩(wěn)壓管對，使用更加方便。
4.1.2.4 TVS（瞬態(tài)電壓抑制器）二極管：
這是zui近發(fā)展起來的一種固態(tài)二極管，適用用于ESD保護。一般選擇工作電壓大于或等于電路正常工作電壓的器件。TVS二極管是和被保護電路并聯(lián)的，當瞬態(tài)電壓超過電路的正常工作電壓時，二極管發(fā)生雪崩，為瞬態(tài)電流提供通路，使內(nèi)部電路免遭超額電壓的擊穿或超額電流的過熱燒毀。由于TVS二極管的結面積較大，使得它具有泄放瞬態(tài)大電流的優(yōu)點，具有理想的保護作用。但同時必須注意，結面積大造成結電容增大，因而不適合高頻信號電路的保護。改進后的TVS二極管還具有適應低壓電路（＜5V ）的特點，且封裝集成度高，適用于在印制電路板面積緊張的情況下使用。這些特點決定了它有廣泛的適用范圍，尤其在便攜設備的接口電路中有很好的使用價值。
下面將對靜電放電、電快速瞬變脈沖群、浪涌沖擊的測試及常見問題對策及整改措施分別展開進行探討。由于，這三個有較大的共同點，因此在測試及對策上都有較大共同點，下面將對靜電放電問題展開詳細深入的討論，而在電快速瞬變脈沖群、浪涌沖擊的討論中出現(xiàn)的相同之處將不再重復探討。
4.2 靜電放電抗擾度測試常見問題對策及整改措施
4.2.1靜電放電形成的機理及其對電子產(chǎn)品的危害
靜電是兩種介電系數(shù)不同的物質磨擦時，正負極性的電荷分別積累在兩個物體上而形成。
就人體而言，衣服與皮膚之間的磨擦發(fā)生的靜電是人體帶電的主要原因之一。
靜電源跟其它物體接觸時，存在著電荷流動以抵消電壓，這個高速電量的傳送，將產(chǎn)生潛在的破壞電壓、電流以及電磁場，這就是靜電放電。
在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用過程中，操作者是zui活躍的靜電源，可能積累一定數(shù)量的電荷，當人體接觸與地相連的元件、裝置的時候就會產(chǎn)生靜電放電。靜電放電一般用ESD表示。

ESD會導致電子設備嚴重地損壞或操作失常。
大多數(shù)半導體器件都很容易受靜電放電而損壞，特別是大規(guī)模集成電路器件更為脆弱。
靜電對器件造成的損壞有顯性的和隱性的兩種。隱性損壞在當時看不出來，但器件變得更脆弱，在過壓、高溫等條件下極易損壞。
ESD兩種主要的破壞機制是：由于ESD電流產(chǎn)生熱量導致設備的熱失效；由于ESD感應出高的電壓導致絕緣擊穿。
除容易造成電路損害外，ESD也會對電子電路造成干擾。
一般來說，造成損壞，ESD電火花必須直接接觸電路線，而輻射耦合通常只導致失常。
在ESD作用下，電路中的器件在通電條件下比不通電條件下更易損壞。


ESD電路的干擾有二種方式。
一種是傳導方式，若電路的某個部分構成了放電路徑，即ESD接侵入設備內(nèi)的電路,ESD電流流過集成片的輸入端，造成干擾。
ESD干擾的另一種方式是輻射干擾。即靜電放電時伴隨火花產(chǎn)生了尖峰電流，這種電流中包含有豐富的高頻成分。從而產(chǎn)生輻射磁場和電場。ESD產(chǎn)生的磁場隨距離的平方衰減。ESD產(chǎn)生的電場隨距離立方衰減。當距離較近時，無論是電場還是磁場都是很強的。ESD發(fā)生時，在附近位置的電路一般會受到影響。
ESD在近場，輻射耦合的基本方式可以是電容或電感方式，取決于ESD源和接受器的阻抗。在遠場，則存在電磁場耦合。
與ESD相關的電磁干擾（EMI）能量上限頻率可以超過1GHz。在這個頻率上，典型的設備電纜甚至印制板上的走線會變成非常有效的接收天線。因而，對于典型的模擬或數(shù)字電子設備，ESD會感應出高電平的噪聲。
4.2.2 電子產(chǎn)品的靜電放電測試及相關要求
對不同使用環(huán)境、不同用途、不同ESD敏感度的電子產(chǎn)品標準對靜電放電抗擾度試驗的要求是不同的，但這些標準關于ESD抗擾度試驗大多都直接或間接引用GB/T17626.2-1998 （idt IEC 61000-4-2:1995）：《電磁兼容 試驗和測量技術 靜電放電抗擾度試驗》這一國家電磁兼容基礎標準，并按其中的試驗方法進行試驗。下面就簡要介紹一下該標準的內(nèi)容、試驗方法及相關要求。
4.2.2.1 試驗對象：
該標準所涉及的是處于靜電放電環(huán)境中和安裝條件下的裝置、系統(tǒng)、子系統(tǒng)和外部設備。
4.2.2.2 試驗內(nèi)容：
靜電放電的起因有多種，但該標準主要描述在低濕度情況下，通過摩擦等因素，使操作者積累了靜電。電子和電氣設備遭受直接來自操作者的靜電放電和對臨近物體的靜電放電時的抗擾度要求和試驗方法。
4.2.2.3 試驗目的：
試驗單個設備或系統(tǒng)的抗靜電干擾的能力。它模擬：（1）操作人員或物體在接觸設備時的放電。（2）人或物體對鄰近物體的放電。
4.2.2.4 ESD的模擬：
圖11和圖12分別給出了ESD發(fā)生器的基本線路和放電電流的波形。

圖11：靜電放電發(fā)生器

圖12：靜電放電的電流波形
放電線路中的儲能電容CS代表人體電容，現(xiàn)*150pF比較合適。放電電阻Rd為330Ω，用以代表手握鑰匙或其他金屬工具的人體電阻。現(xiàn)已證明，用這種放電狀態(tài)來體現(xiàn)人體放電的模型是足夠嚴酷的。
4.2.2.5 試驗方法
該標準規(guī)定的試驗方法有兩種：接觸放電法和空氣放電法。
接觸放電法：試驗發(fā)生器的電極保持與受試設備的接觸并由發(fā)生器內(nèi)的放電開關激勵放電的一種試驗方法。
空氣放電法：將試驗發(fā)生器的充電電極靠近受試設備并由火花對受試設備激勵放電的一種試驗方法。
接觸放電是優(yōu)先選擇的試驗方法，空氣放電則用在不能使用接觸放電的場合中。
4.2.2.6 試驗等級及其選擇：
試驗電平以zui切合實際的安裝環(huán)境和條件來選擇，表1提供了一個指導原則。表1同時也給出了靜電放電試驗等級的優(yōu)先選擇范圍，試驗應滿足該表所列的較低等級。



表1：試驗等級選擇
接觸放電    空氣放電    安裝條件    環(huán)境條件
等級    電壓kV    等級    電壓kV    抗靜電材料    合成材料    相對濕度%RH
1    2    1    2    √    /    35
2    4    2    4    √    /    10
3    6    3    8    /    √    50
4    8    4    15    /    √    10
X*    特殊    X*    特殊    /    /    /
注：*“X”是一個開放等級，必須在設備的規(guī)范中加以規(guī)定。
等級的選擇取決于環(huán)境等因素，對具體的產(chǎn)品來說，往往已在相應的產(chǎn)品或產(chǎn)品族標準中加以規(guī)定。
4.2.2.7 試驗環(huán)境
對空氣放電該標準規(guī)定了環(huán)境條件：
環(huán)境溫度：15℃~35℃、相對濕度：30%~60%RH、大氣壓力：86kPa~106kPa
對接觸放電該標準未規(guī)定特定的環(huán)境條件。
4.2.2.8 試驗布置
標準對試驗布置也做出了詳細的規(guī)定，圖13所示為臺式設備的試驗布置示意圖。
4.2.2.9 試驗實施
實施部位：直接放電施加于操作人員在正常使用受試設備時可能接觸到的點或面上；間接放電施加于水平耦合板和垂直耦合板。
直接放電模擬了操作人員對受試設備直接接觸時發(fā)生的靜電放電情況。
間接放電則是對水平耦合板和垂直耦合板進行放電，模擬了操作人員對放置于或安裝在受試設備附近的物體放電時的情況。
直接放電時，接觸放電為形式；只有在不能用接觸放電的地方（如表面涂有絕緣層，計算機鍵盤縫隙等情況）才改用氣隙（空氣）放電。
間接放電：選用接觸放電方式。
試驗電壓要由低到高逐漸增加到規(guī)定值。
不同的產(chǎn)品或產(chǎn)品族標準對試驗的實施可能根據(jù)產(chǎn)品的特點有特定的規(guī)定。

圖13：臺式設備靜電放電布置示意圖
4.2.2.10 試驗結果
若靜電放電測試通不過，可能產(chǎn)生如下后果：
（1）直接通過能量交換引起半導體器件的損壞。
（2）放電所引起的電場與磁場變化，造成設備的誤動作。
4.2.3 電子產(chǎn)品的靜電放電對策及改進要點
ESD通常發(fā)生在產(chǎn)品自身暴露在外的導電物體，或者發(fā)生在鄰近的導電物體上。
對設備而言，容易產(chǎn)生靜電放電的部位是：
電纜、鍵盤及暴露在外的金屬框架以及設備外殼上的孔、洞、縫隙等。
常用的改進方法是在產(chǎn)品ESD發(fā)生或侵入危險點，例如輸入點和地之間設置瞬態(tài)保護電路，這些電路僅僅在ESD感應電壓超過極*發(fā)揮作用。保護電路可以包括多個電流分流單元。
減小ESD產(chǎn)生的電磁干擾（EMI）影響電子產(chǎn)品或設備的方法：
*阻止ESD產(chǎn)生；
阻止因ESD產(chǎn)生的EMI耦合到電路或設備
以及通過設計工藝增加設備固有的ESD抗擾性。

有很多種電路可以達到ESD保護的目的，但選用時必須考慮以下原則，并在性能和成本之間加以權衡：
速度要快，這是ESD干擾的特點決定的；
能應付大的電流通過；
考慮瞬態(tài)電壓會在正、負極性兩個方向發(fā)生；
對信號增加的電容效應和電阻效應控制在允許范圍內(nèi)；
考慮體積因素；考慮產(chǎn)品成本因素。
我們可以從以下幾種抑制ESD干擾的方法中選擇適用的對策：

4.2.3.1 外殼設計：
外殼在人手和內(nèi)部電路間建立隔離層，阻止ESD的發(fā)生。
金屬外殼同時也是阻止ESD間接放電形成的輻射及傳導耦合的關鍵。
一個完整的封閉金屬殼能在輻射噪聲中屏蔽電路。
但由于從電路到屏蔽殼體的ESD副級電弧可能產(chǎn)生傳導耦合，因而一些外殼設計使用絕緣體，在絕緣殼中，再放置一個金屬的屏蔽體。
這種設計的好處是既可以防止因操作者對金屬外殼的直接接觸放電造成干擾，又可以防止操作者對周圍物體放電時形成的EMI耦合到內(nèi)部形成干擾。同時在操作者對外殼的孔、洞、縫隙放電時給放電電流一個泄放通道，防止對內(nèi)部電路直接放電。
這種做法的簡化是在設備金屬外殼上涂絕緣漆或貼一層絕緣物質，使絕緣能力大于20kV。

因為靜電會穿過孔洞、縫隙放電，
所以絕緣外殼的孔洞、縫隙與內(nèi)部電路間應留有足夠的空間。
2cm左右的空氣隙可以阻止靜電放電的發(fā)生。
對外殼上的孔、洞、排氣口等，用幾個小孔代替一個大孔，從EMI抑制的角度來說更好。
為減小EMI噪聲，縫隙邊沿每隔一定距離處使用電連接。
對金屬外殼而言，外殼各部分之間的搭接非常重要：
若機箱兩部分之間的搭接阻抗較高，當靜電放電電流流過搭接點時，會產(chǎn)生電壓降，這可能會影響電路的正常工作。

解決這個問題的方法有兩個：
1）盡量使外殼保持導電連續(xù)，減少搭接阻抗。
2）在電路與機箱之間增加一層屏蔽，減小電路與機箱之間的電容耦合。內(nèi)層屏蔽要與外殼連接起來。
如果是塑料外殼，則要求對電路的接地進行仔細布置，以防止放電電流感應到電路上去。
塑料外殼的優(yōu)點是不會產(chǎn)生直接放電現(xiàn)象。
如果塑料外殼上沒有大的開孔，則塑料外殼能對電路起到保護作用。
但塑料外殼對防止操作者對周圍物體放電時耦合到內(nèi)部形成干擾無抑制能力。

4.2.3.2 接地設計：
一旦發(fā)生了靜電放電，應該讓其盡快旁路人地，不要直接侵入內(nèi)部電路。
例如內(nèi)部電路如用金屬機箱屏蔽，則機箱應良好接地，接地電阻要盡量小
這樣放電電流可以由機箱外層流入大地；
同時也可以將對周圍物體放電時形成的騷擾導入大地，不會影響內(nèi)部電路。
對塑料機箱，則不存在機箱接地的問題。

對金屬機箱，通常機箱內(nèi)的電路會通過I/O電纜、電源線等接地。
若機箱接地不良或不接地，當機箱上發(fā)生靜電放電時，機箱的電位上升，而內(nèi)部電路由于接地，電位保持在地電位附近。
這時，機箱與電路之間存在著很大的電位差。
這會在機箱與電路之間引起二次電弧，使電路造成損壞。
通過增加電路與外殼之間的距離可以避免二次電弧的發(fā)生。
當電路與外殼之間的距離不能增加時，可以在外殼與電路之間加一層接地的金屬擋板，擋住電弧。
如果電路與機箱連在一起，則只應通過一點連接。防止電流流過電路。
線路板與機箱連接的點應在電纜入口處。
4.2.3.3 電纜設計：
一個正確設計的電纜保護系統(tǒng)可能是提高系統(tǒng)ESD非易感性的關鍵。
作為大多數(shù)系統(tǒng)中的zui大的“天線”— I/O電纜特別易于被ESD干擾感應出大的電壓或電流。
從另一方面，如果電纜屏蔽同機殼地連接的話，電纜也對ESD干擾提供低阻抗通道。
通過該通道ESD*量可從系統(tǒng)接地回路中釋放，因而可間接地避免傳導耦合。
為減少ESD干擾輻射耦合到電纜，線長和回路面積要減小，應抑制共模耦合并且使用金屬屏蔽。

對于輸入/輸出電纜可采用使用屏蔽電纜、共模扼流圈、過壓箝位電路及電纜旁路濾波器措施。
在電纜的兩端，電纜屏蔽必須與殼體屏蔽連接。
在互聯(lián)電纜上安裝一個共模扼流圈可以使靜電放電造成的共模電壓降在扼流圈上，而不是另一端的電路上。
兩個機箱之間用屏蔽電纜連接時，通過電纜的屏蔽層將兩個機箱連接在一起，這樣可以使兩個機箱之間的電位差盡量小。
這里，機箱與電纜屏蔽層之間的搭接方式很重要。
強烈建議在電纜兩端的機箱與電纜屏蔽層之間360°搭接。
4.2.3.4 鍵盤和面板：
鍵盤和控制面板的設計必須保證放電電流能夠直接流到地，而不會經(jīng)過敏感電路。
對于絕緣鍵盤，在鍵與電路之間要安裝一個放電防護器（如金屬支架），為放電電流提供一條放電路徑。
放電防護器要直接連接到機箱或機架上，而不能連接到電路地上。
當然，用較大的旋鈕（增加操作者到內(nèi)部線路的距離）能夠直接防止靜電放電。
鍵盤和控制面板的設計應能使放電電流不經(jīng)過敏感電路而直接到地。
采用絕緣軸和大旋鈕可以防止向控制鍵或電位器放電。
現(xiàn)在，較多的電子產(chǎn)品面板采用薄膜按鍵和薄膜顯示窗，由于該薄膜由耐高壓的絕緣材料構成，可有效防止ESD通過按鍵和顯示窗進入內(nèi)部電路形成干擾。
另外，現(xiàn)在大多數(shù)鍵盤的按鍵內(nèi)部均有由耐高壓的絕緣薄膜構成的襯墊，可有效防止ESD的干擾。

4.2.3.5 電路設計：
設備中不用的輸入端不允許處于不連接或懸浮狀態(tài)，而應當直接或通過適當電阻與地線或電源端相連通。
一般來說，與外部設備連接的接口電路都需要加保護電路：
其中也包括電源線，這一點往往被硬件設計所忽視。
以微機為例來講，應該考慮安排保護電路的環(huán)節(jié)有：串行通信接口、并行通信接口、鍵盤接口、顯示接口等。
濾波器必須用在電路中以阻止ESD形成的EMI耦合到設備。
如果輸入為高阻抗，一個分流電容濾波器zui有效，因為它的低阻抗將有效地旁路高的輸入阻抗，分流電容越接近輸入端越好。
如果輸入阻抗低，使用一系列鐵氧體可以提供的濾波器，這些鐵氧體也應盡可能接近輸入端。

在內(nèi)部電路上加強防護措施：
對于可能遭受直接傳導的靜電放電干擾的端口，可以在I/O接口處串接電阻或并聯(lián)二極管至正負電源端。
MOS管的輸入端串接100kΩ電阻，輸出端串接1kΩ電阻，以限制放電電流量。
TTL管輸人端串接22～100Ω電阻，輸出端串接22～47Ω電阻。
模擬管輸入端串接100Ω～100kΩ，并且加并聯(lián)二極管，分流放電電流至電源正或負極，模擬管輸出端串接100Ω的電阻。
在I/O信號線上安裝一個對地的電容能夠將接口電纜上感應的靜電放電電流分流到機箱，避免流到電路上。
但這個電容也會將機殼上的電流分流到信號線上。為了避免這種情況的發(fā)生，可以在旁路電容與線路板之間安裝一只鐵氧體磁珠，增加流向線路板的路徑的阻抗。
需要注意的是，電容的耐壓一定要滿足要求。靜電放電的電壓可以高達數(shù)千伏。

用一個瞬態(tài)防護二極管也能夠對靜電放電起到有效的保護。
但需要注意，用二極管雖然將瞬態(tài)干擾的電壓限制住了，但高頻干擾成分并沒有減少，該電路中一般應有與瞬態(tài)防護二極管并聯(lián)的高頻旁路電容抑制高頻干擾。
在電路設計及電路板布線方面：應采用門電路和選通脈沖。
這種輸入方式只有在靜電放電和選通同時發(fā)生時才能造成損壞。
而脈沖邊沿觸發(fā)輸入方式對靜電放電引起的瞬變很敏感，不宜采用。
4.2.3.6 PCB設計：
良好的PCB設計可以有效地減少ESD干擾對產(chǎn)品造成的影響。
這也是電磁兼容設計中ESD設計部分的一個重要的內(nèi)容。
大家可以從那部分課程中得到詳細的指引。
對一個成品進行電磁兼容對策時，很難再對PCB進行重新設計（改進成本太高），此處不再加以介紹。
4.2.3.7 軟件：
除了硬件措施外，軟件抑制方案也是減少系統(tǒng)鎖定等嚴重失常的有力方法。
軟件ESD抑制措施分為兩種常用的類別：
刷新、檢查并且恢復。
刷新涉及到周期性地復位到休止狀態(tài)，并且刷新顯示器和指示器狀態(tài)。
只需進行一次刷新然后假設狀態(tài)是正確的，其它的事就不用做了。
檢查/恢復過程用于決定程序是否正確執(zhí)行。
它們在一定間隔時間被激活，以確認程序是否在完成某個功能。
如果這些功能沒有實現(xiàn)，一個恢復程序被激活。
4.2.4 一般ESD對策準則：
（1）在易感CMOS、MOS器件中加入保護二極管；
（2）在易感傳輸線上（地線在內(nèi)）串幾十歐姆的電阻或鐵氧體磁珠；
（3）使用靜電保護表面涂敷技術，使ESD難以機芯放電，經(jīng)證明十分有效；
（4）盡量使用屏蔽電纜；
（5）在易感接口處安裝濾波器；并將無法安裝濾波器的敏感接口加以隔離；
（6）選擇低脈沖頻率的邏輯電路；
（7）外殼屏蔽加良好的接地。
4.3 電快速瞬變脈沖群抗擾度測試常見問題對策及整改措施
4.3.1 電快速瞬變脈沖群形成的機理及其對電子產(chǎn)品的影響
電快速瞬變脈沖群是：
由電感性負載（如繼電器、接觸器等）在斷開時，由于開關觸點間隙的絕緣擊穿或觸點彈跳等原因，在斷開處產(chǎn)生的暫態(tài)騷擾。當電感性負載多次重復開關，則脈沖群又會以相應的時間間隙多次重復出現(xiàn)。
這種暫態(tài)騷擾能量較小，一般不會引起設備的損壞，但由于其頻譜分布較寬，所以會對電子、電氣設備的可靠工作產(chǎn)生影響。
一般認為電快速瞬變脈沖群之所以會造成設備的誤動作。
因為脈沖群對線路中半導體結電容充電，當結電容上的能量累積到一定程度，便會引起線路乃至設備的誤動作。
4.3.2 電快速瞬變脈沖群測試及相關要求
不同的電子、電氣產(chǎn)品標準對電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗的要求是不同的。
這些標準關于電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗大多都直接或間接引用
GB/T17626.4-1998 （idt IEC 61000-4-4:1995）：《電磁兼容 試驗和測量技術 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗》這一國家電磁兼容基礎標準，
并按其中的試驗方法進行試驗。
下面就簡要介紹一下該標準的內(nèi)容、試驗方法及相關要求。
4.3.2.1 試驗對象：
適用于在住宅區(qū)和商業(yè)區(qū)/工業(yè)區(qū)使用的在運行條件下的電子、電氣設備的電快速瞬變脈沖群的抗擾性能測試。
4.3.2.2 試驗內(nèi)容：
對電氣和電子設備的供電電源端口、信號和控制端口在受到重復性快速瞬變脈沖群干擾時的性能進行評定。
4.3.2.3 試驗目的：
重復快速瞬變試驗是一種將由許多快速瞬變脈沖組成的脈沖群耦合到電氣和電子設備的電源端口、信號和控制端口的試驗。
試驗脈沖的特點是：瞬變的短上升時間、重復出現(xiàn)和低能量。
電快速速變脈沖群試驗的目的就是為了檢驗電子、電氣設備在遭受這類暫態(tài)騷擾影響時的性能。
4.3.2.4 試驗發(fā)生器
試驗發(fā)生器性能的主要指標有三個：單個脈沖波形、脈沖的重復頻率和輸出電壓峰值。
GB/T 17626.4 要求試驗發(fā)生器輸出波形應如圖14，15所示。

圖14：快速瞬變脈沖群概略圖

圖15：接50Ω負載時單個脈沖的波形
4.3.2.5 試驗方法
對交/直流電源端子的選擇耦合/去耦網(wǎng)絡來施加快速瞬變脈沖群干擾信號。
對I/O信號、數(shù)據(jù)和控制端口選擇快速瞬變脈沖群測試的容性耦合夾來施加快速瞬變脈沖群干擾信號。
4.3.2.6 試驗等級及其選擇：
表2：試驗等級
等級    供電電源端口、保護接地    I/O、數(shù)據(jù)和控制端口
   電壓峰值 kV    重復頻率 kHz    電壓峰值 kV    重復頻率 kHz
1    0.5    5    0.25    5
2    1    5    0.5    5
3    2    5    1    5
4    4    2.5    2    5
x    特定    特定    特定    特定
注：X是一個開放等級。
開路輸出試驗電壓精度±10％；和脈沖的重復頻率精度±20％
試驗等級應根據(jù)下列情況來選擇：
----電磁環(huán)境； ----騷擾源與關心的設備的鄰近情況； ----兼容性裕度。
對具體的產(chǎn)品來說，試驗等級選擇往往已在相應的產(chǎn)品或產(chǎn)品族標準中加以規(guī)定。
4.3.2.7 試驗環(huán)境
該標準規(guī)定的環(huán)境條件：
環(huán)境溫度：15℃~35℃、相對濕度：25%~75%RH、大氣壓力：86kPa~106kPa
4.3.2.8 試驗布置
標準對試驗布置也做出了詳細的規(guī)定，圖16所示為用于實驗室型式試驗的一般試驗配置示意圖。

L=耦合夾與EUT之間的距離，不應大于1m；（A）=電源線耦合位置；（B）=信號線耦合位置
圖16：用于實驗室型式試驗的一般試驗配置
4.3.2.9 試驗實施
電源、信號和其他功能電量應在其額定的范圍內(nèi)使用，并處于正常的工作狀態(tài)。
根據(jù)要進行試驗的EUT的端口類型選擇相應的試驗等級和耦合方式。
使受試設備處于典型工作條件下，根據(jù)受試設備端口及其組合，依次對各端口施加試驗電壓。
每種組合應針對不同脈沖極性進行測試，每種狀態(tài)的試驗持續(xù)時間不少于1min。
不同的產(chǎn)品或產(chǎn)品族標準對試驗的實施可能根據(jù)產(chǎn)品的特點有特定的規(guī)定。
4.3.2.10 試驗結果
若電快速速變脈沖群測試通不過，可能產(chǎn)生如下后果：造成設備的誤動作。
4.3.3 導致電快速脈沖試驗失敗的原因
脈沖群試驗主要是進行電源線和信號/控制線的傳導差/共模干擾試驗。
只是電快速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，這樣設備zui終受到的是傳導和輻射的復合干擾。
另外，由于試驗脈沖是持續(xù)一段時間的脈沖串，因此它對電路的干擾有一個累積效應。
大多數(shù)電路為了抗瞬態(tài)干擾，在輸入端安裝了積分電路，這種電路對單個脈沖具有很好的抑制作用，但是對于一串脈沖則不能有效地抑制。

電快速脈沖對設備影響的原因有三種，包括：
a）通過電源線直接傳導進設備的電源，導致電路的電源線上有過大的噪聲電壓。
當單獨對火線或零線注入時，盡管是采取的對地的共模方式注入，但在火線和零線之間存在著差模干擾，這種差模電壓會出現(xiàn)在電源的直流輸出端。當同時對火線和零線注入時，存在著共模干擾，但對電源的輸出影響并不大。
b）*量在電源線上傳導的過程中，向空間輻射，這些輻射能量感應到鄰近的信號電纜上，對信號電纜連接的電路形成干擾。
c）干擾脈沖信號直接通過信號電纜進入設備電路或在電纜（包括信號電纜和電源電纜）上傳輸時產(chǎn)生的二次輻射能量感應進電路，對電路形成干擾。
4.3.4 通過電快速脈沖試驗的整改措施
針對脈沖群干擾，主要采用濾波（電源線和信號線的濾波）及吸收（用鐵氧體磁芯來吸收）。
采用鐵氧體磁芯吸收的方案非常便宜也非常有效。
但要注意做試驗時鐵氧體磁芯的擺放位置，就是今后要使用鐵氧體磁芯的位置，千萬不要隨意更改。
因為脈沖群干擾不僅僅是一個傳導干擾，更麻煩的是它還含有輻射的成分，不同的安裝位置，輻射干擾的逸出情況各不相同，難以捉摸。
一般將鐵氧體磁芯用在干擾的源頭和設備的入口處zui為有效。下面根據(jù)端口的不同分別進行探討。
4.3.4.1 針對電源線試驗的措施
解決電源線干擾問題的主要方法是在電源線入口處安裝電源線濾波器，阻止干擾進入設備。
快速脈沖通過電源線注入時，可以是差模方式注入，也可以是共模方式注入。
對差模方式注入的一般可以通過差模電容（X電容）和電感濾波器加以吸收。
若注入到電源線上的電壓是共模電壓，濾波器必須能對這種共模電壓起到抑制作用才能使受試設備順利通過試驗。
下面是用濾波器抑制電源線上的電快速脈沖的方法。

a）設備的機箱是金屬的：
這種情況是zui容易的。
因為機箱是金屬的，它與地線面之間有較大的雜散電容，能夠為共模電流提供比較固定的通路。
這時，只要在電源線的入口處安裝一只含有共模濾波電容的電源線濾波器，共模濾波電容就能將干擾旁路掉，使其回到干擾源。
由于電源線濾波器中的共模濾波電容受到漏電流的限制，容量較小，因此對于干擾中較低的頻率成分主要依靠共模電感抑制。
另外，由于設備與地線面之間的接地線具有較大的電感，對于高頻干擾成分阻抗較大，因此設備接地與否對試驗的結果一般沒有什么影響。
除了選擇高頻性能良好的濾波器以外，在安裝濾波器時，注意濾波器應靠近金屬機箱上的電源入口處，防止電源線二次輻射造成的干擾。

b）設備機箱是非金屬的
如果設備的機箱是非金屬的，必須在機箱底部加一塊金屬板，供濾波器中的共模濾波電容接地。
這時的共模干擾電流通路通過金屬板與地線面之間的雜散電容形成通路。
如果設備的尺寸較小，意味著金屬板尺寸也較小，這時金屬板與地線面之間的電容量較小，不能起到較好的旁路作用。
在這種情況下，主要靠電感發(fā)揮作用。
此時，需要采用各種措施提高電感高頻特性，必要時可用多個電感串聯(lián)。
4.3.4.2 針對信號線試驗應采取的措施
快速脈沖通過信號/控制線注入時，由于是采用容性耦合夾注入，屬共模注入方式。
a）信號電纜屏蔽：
從試驗方法可知，干擾脈沖耦合進信號電纜的方式為電容性耦合。
消除電容性耦合的方法是將電纜屏蔽起來，并且接地。
因此，用電纜屏蔽的方法解決電快速脈沖干擾的條件是電纜屏蔽層能夠與試驗中的參考地線面可靠連接。
如果設備的外殼是金屬的并是接地的設備，這個條件容易滿足。
當設備的外殼是金屬的，但是不接地時，屏蔽電纜只能對電快速脈沖中的高頻成分起到抑制作用，這是通過金屬機殼與地之間的雜散電容來接地的。
如果機箱是非金屬機箱，則電纜屏蔽的方法就沒有什么效果。

b）信號電纜上安裝共模扼流圈：
共模扼流圈實際是一種低通濾波器，只有當電感量足夠大時，才能對電快速脈沖群有效果。
但是當扼流圈的電感量較大時（往往匝數(shù)較多），雜散電容也較大，扼流圈的高頻抑制效果降低。
而電快速脈沖波形中包含了大量的高頻成分。
因此，在實際使用時，需要注意調整扼流圈的匝數(shù)。
必要時用兩個不同匝數(shù)扼流圈串聯(lián)起來，兼顧高頻和低頻的要求。

c）信號電纜上安裝共模濾波電容：
這種濾波方法比扼流圈具有更好的效果，但是需要金屬機箱作為濾波電容的地。
另外，這種方法會對差模信號有一定的衰減，在使用時需要注意。
d）對敏感電路局部屏蔽：
當設備的機箱為非金屬機箱，或者電纜的屏蔽和濾波措施不易實施時，干擾會直接耦合進電路。
這時只能對敏感電路進行局部屏蔽。
屏蔽體應該是一個完整的六面體。
4.4 浪涌沖擊抗擾度測試
4.4.1 浪涌沖擊形成的機理
電磁兼容領域所指的浪涌沖擊一般來源于開關瞬態(tài)和雷擊瞬態(tài)。
4.4.1.1 開關瞬態(tài)
系統(tǒng)開關瞬態(tài)與以下內(nèi)容有關：
a）主電源系統(tǒng)切換騷擾，例如電容器組的切換；
b）配電系統(tǒng)內(nèi)在儀器附近的輕微開關動作或者負荷變化；
c）與開關裝置有關的諧振電路，如晶閘管；
d）各種系統(tǒng)故障，例如對設備組接地系統(tǒng)的短路和電弧故障。
4.4.1.2 雷擊瞬態(tài)
雷電產(chǎn)生浪涌（沖擊）電壓的主要原理如下：
a）直接雷擊于外部電路（戶外），注入的大電流流過接地電阻或外部電路阻抗而產(chǎn)生電壓；
b）在建筑物內(nèi)、外導體上產(chǎn)生感應電壓和電流的間接雷擊（即云層之間或云層中的雷擊或擊于附近物體的雷擊，這種雷擊產(chǎn)生的磁場）；
c）附近直接對地放電地雷電入地電流耦合到設備組接地系統(tǒng)的公共接地路徑。
當保護裝置動作時，電壓和電流可能發(fā)生迅速變化，并可能耦合到內(nèi)部電路。

4.4.2浪涌沖擊測試及相關要求
不同的電子、電氣產(chǎn)品標準對浪涌（沖擊）抗擾度試驗的要求是不同的。
但這些標準關于浪涌（沖擊）抗擾度試驗大多都直接或間接引用
GB/T17626.5-1999 （idt IEC 61000-4-5:1995）：
《電磁兼容 試驗和測量技術 浪涌（沖擊）抗擾度試驗》
這一國家電磁兼容基礎標準，并按其中的試驗方法進行試驗。
下面就簡要介紹一下該標準的內(nèi)容、試驗方法及相關要求。

4.4.2.1 適用范圍：
適用于電氣和電子設備在規(guī)定的工作狀態(tài)下工作時，對由開關或雷電作用所產(chǎn)生的有一定危害電平的浪涌（沖擊）電壓的反應。
該標準不對絕緣物耐高壓的能力進行試驗。該標準不考慮直擊雷。
4.4.2.2 試驗內(nèi)容：
對電氣和電子設備的供電電源端口、信號和控制端口在受到浪涌（沖擊）干擾時的性能進行評定。
4.4.2.3 試驗目的：
評定設備在遭受到來自電力線和互連線上高能量浪涌（沖擊）騷擾時產(chǎn)品的性能。

4.4.2.4 試驗發(fā)生器
a）信號發(fā)生器的特性應盡可能地模擬開關瞬態(tài)和雷擊瞬態(tài)現(xiàn)象；
b）如果干擾源與受試設備的端口在同一線路中，例如在電源網(wǎng)絡中（直接耦合），那么信號發(fā)生器在受試設備的端口能夠模擬一個低阻抗源；
c）如果干擾源與受試設備的端口不在同一線路中（間接耦合），那么信號發(fā)生器能夠模擬一個高阻抗源。
對于不同場合使用的產(chǎn)品及產(chǎn)品的不同端口，由于相應的浪涌（沖擊）瞬態(tài)波形，各不相同，因此對應的模擬信號發(fā)生器的參數(shù)也各不相同。

圖17：浪涌（沖擊）信號電壓及電流波形
例如：對交流電源端口，通常采用的是1.2/50μs （8/20μs）組合波信號發(fā)生器；對電信端口，通常采用的是10/700μs的符合CCITT要求的試驗信號發(fā)生器。浪涌（沖擊）波形見圖17所示。
4.4.2.5 試驗方法
浪涌（沖擊）測試一般應在線進行。
測試時，應根據(jù)不同的端口選擇對應的波形發(fā)生器和相應的耦合/去耦單元，同時也應注意不同狀態(tài)下的信號源內(nèi)阻選擇。
4.4.2.6 試驗等級及其選擇：
表3：試驗等級
等級    開路試驗電壓（±10%），kV
1    0.5
2    1.0
3    2.0
4    4.0
X    特定
注：X是一個開放等級，可以在產(chǎn)品要求中加以規(guī)定。
試驗等級應根據(jù)安裝情況來選擇。
對較高等級測試時，試驗應滿足該表所列的較低等級。
對具體的產(chǎn)品來說，試驗等級選擇往往已在相應的產(chǎn)品或產(chǎn)品族標準中加以規(guī)定。
4.4.2.7 試驗環(huán)境
該標準規(guī)定的環(huán)境條件：
環(huán)境溫度：15℃~35℃、相對濕度：10%~75%RH、大氣壓力：86kPa~106kPa
4.4.2.8 試驗布置
圖18、圖19是交/直流電源端浪涌（沖擊）差模和共模試驗配置示意圖。

圖18：用于電源端浪涌（沖擊）試驗配置（差模方式）

圖19：用于電源端浪涌（沖擊）試驗配置（共模方式）
4.4.2.9 試驗實施
電源、信號和其他功能電量應在其額定的范圍內(nèi)使用，并處于正常的工作狀態(tài)。
根據(jù)要進行試驗的EUT的端口類型選擇相應的試驗試驗波形發(fā)生器和耦合單元及相應的信號源內(nèi)阻。
使受試設備處于典型工作條件下，根據(jù)受試設備端口及其組合，依次對各端口施加沖擊電壓，。
每種組合應針對不同脈沖極性進行測試，兩次脈沖間隔時間不少于1min。
對電源端子進行浪涌測試時，應在交流電壓波形的正、負峰值和過零點分別施加試驗電壓。
對電源線和信號線應分別在不同組合的共模和差模狀態(tài)下施加脈沖沖擊。
每種組合狀態(tài)至少進行5次脈沖沖擊。
若需滿足較高等級的測試要求，也應同時進行較低等級的測試，只有兩者同時滿足，我們才認為測試通過。
不同的產(chǎn)品或產(chǎn)品族標準對試驗的實施可能根據(jù)產(chǎn)品的特點有特定的規(guī)定。
4.4.2.10 試驗結果
若電快速速變脈沖群測試通不過，可能產(chǎn)生如下后果：
（1）引起接口電路器件的擊穿損壞。
（2）造成設備的誤動作。
4.4.3 導致浪涌沖擊抗擾度試驗失敗的原因
浪涌脈沖的上升時間較長，脈寬較寬，不含有較高的頻率成分，因此對電路的干擾以傳導為主。
主要體現(xiàn)在過高的差模電壓幅度導致輸入器件擊穿損壞，或者過高的共模電壓導致線路與地之間的絕緣層擊穿。
由于器件擊穿后阻抗很低，浪涌發(fā)生器產(chǎn)生的很大的電流隨之使器件過熱發(fā)生損壞。
對于有較大平滑電容的整流電路，過電流使器件損壞也可能是首先發(fā)生的。
例如，對開關電源的高壓整流濾波電路而言，浪涌到來時，整流電路和平滑電容提供了很低的阻抗，浪涌發(fā)生器輸出的很大的電流流過整流二極管，當整流二極管不能承受這個電流時，就發(fā)生過熱而燒毀。隨著電容的充電，電容上的電壓也會達到很高，有可能導致電容擊穿損壞。

4.4.4 通過浪涌抗擾度試驗應采取的措施
雷擊浪涌試驗有共模和差模兩種，因此浪涌吸收器件的使用要考慮到與試驗的對應情況。
為保證使用效果，浪涌吸收器件要用在進線入口處。
由于浪涌吸收過程中的di/dt特別大，在器件附近不能有信號線和電源線經(jīng)過，以防止因電磁耦合將干擾引入信號和電源線路。
此外，浪涌吸收器件的引腳要短；
吸收器件的吸收容量要與浪涌電壓和電流的試驗等級相匹配。

雷擊浪涌試驗的zui大特點是能量特別大。
所以采用普通濾波器和鐵氧體磁芯來濾波、吸收的方案基本無效；
必須使用氣體放電管、壓敏電阻、硅瞬變電壓吸收二極管和半導體放電管等專門的浪涌抑制器件才行。
浪涌抑制器件的一個共同特性就是阻抗在有浪涌電壓與沒浪涌電壓時不同。
正常電壓下，它的阻抗很高，對電路的工作沒有影響；
當有很高的浪涌電壓加在它上面時，它的阻抗變得很低，將浪涌能量旁路掉。
這類器件的使用方法是并聯(lián)在線路與參考地之間，當浪涌電壓出現(xiàn)時，迅速導通，以將電壓幅度限制在一定的值上。

壓敏電阻、瞬態(tài)抑制二極管和氣體放電管具有不同的伏安特性，因此浪涌通過它們時發(fā)生的變化不同，圖20對浪涌電壓通過這三種器件時的變化進行了比較。

圖20：浪涌沖擊通過不同的抑制器件時的電壓波形示意圖
4.4.4.1 壓敏電阻
當壓敏電阻上的電壓超過一定幅度時，電阻的阻值大幅度降低，從而浪涌能量泄放掉。
在浪涌電壓作用下，導通后的壓敏電阻上的電壓（一般稱為鉗位電壓），等于流過壓敏電阻的電流乘以壓敏電阻的阻值，因此在浪涌電流的峰值處鉗位電壓達到zui高。
（1）優(yōu)點：峰值電流承受能力較大，價格低。
（2）缺點：鉗位電壓較高（取決于zui大浪涌電流），一般可以達到工作電壓的2～3倍，因此電路必須能承受這么高的浪涌電壓。
另外，壓敏電阻隨著受到浪涌沖擊次數(shù)的增加，漏電流增加。
如果在交流電源線上應用會導致漏電流超過安全規(guī)定的現(xiàn)象，嚴重時，壓敏電阻會因過熱而爆炸。
壓敏電阻的其他缺點還有：響應時間較長，寄生電容較大。
（3）適用場合：直流電源線、低頻信號線，或者與氣體放電管串聯(lián)起來用在交流電源線上。

4.4.4.2 瞬態(tài)抑制二極管（TVS）
當TVS上的電壓超過一定幅度時，器件迅速導通，從而將浪涌能量泄放掉。
由于這類器件導通后阻抗很小，因此它的鉗位電壓很平坦，并且很接近工作電壓。
（1）優(yōu)點：響應時間短，鉗位電壓低（相對于工作電壓）。
（2）缺點：由于所有功率都耗散在二極管的PN結上，因此它所承受的功率值較小，允許流過的電流較小。
一般的TVS器件的寄生電容較大，如在高速數(shù)據(jù)線上使用，要用特制的低電容器件，但是低電容器件的額定功率往往較小。
（3）適用場合：浪涌能量較小的場合。如果浪涌能量較大，要與其他大功率浪涌抑制器件一同使用，TVS作為后級防護。
4.4.4.3 氣體放電管
當氣體放電管上的電壓超過一定幅度時，器件變?yōu)槎搪窢顟B(tài)，阻抗幾乎為零。
這種導通原理與控制電感性負載的開關觸點被擊穿的原理相同，只是這里兩個觸點之間的距離和氣體環(huán)境是控制好的，可使擊穿電壓為一個確定值。
氣體放電管一旦導通后，它上面的電壓會很低。
（1）優(yōu)點：承受電流大，寄生電容小。
（2）缺點：響應時間長。
另外，由于維持它導通所需要的電壓很低，因此當浪涌電壓過后，只要加在氣體放電管上的電壓高于維持電壓，它就會保持導通。在交流場合應用時，只有當交流電過零點時，它才會斷開，因此會有一定的慣用電流。
由于跟隨電流的時間較長，會導致放電管觸點迅速燒毀，從而縮短放電管的壽命。
（3）適用場合：信號線或工作電壓低于導通維持電壓的直流電源線上（一般低于10V）；與壓敏電阻組合起來用在交流電源線上。
4.4.4.4 氣體放電管和壓敏電阻組合應用
氣體放電管和壓敏電阻都不適合單獨在交流電源線上使用。
氣體放電管的問題是它的電流效應。
壓敏電阻的問題是隨著受浪涌作用的次數(shù)增加交流漏電流增加。
一個實用的方案是將氣體放電管與壓敏電阻串聯(lián)起來使用。
如果同時在壓敏電阻上并聯(lián)一個電容，浪涌電壓到來時，可以更快地將電壓加到氣體放電管上，縮短導通時間。
這種氣體放電管與壓敏電阻的組合除了可以避免上述缺點以外，還有一個好處就是可以降低限幅電壓值。在這里可以使用導通電壓較低（低于工作電壓）的壓敏電阻。從而可以降低限幅電壓值。

該連接方式對浪涌電壓的抑制作用如圖21所示。

圖21：氣體放電管和壓敏電阻串聯(lián)使用的效果
采用組合式保護方案能發(fā)揮不同保護器件的各自特點，從而取得的保護效果。
浪涌經(jīng)過壓敏電阻和氣體放電管后，會殘留一個較窄的脈沖，這是由于氣體放電管導通點較高所致。
由于這個脈沖較窄，因此很容易用低通濾波器濾除。
實用的浪涌防護電路是在浪涌抑制器的后面加低通濾波器。
4.4.4.5 地線反彈的抑制
當并聯(lián)型的浪涌抑制器發(fā)揮作用時，它將浪涌能量旁路到地線上。由于地線都是有一定阻的，因此當電流流過地線時，地線上會有電壓。這種現(xiàn)象一般稱為地線反彈。
地線反彈對設備的影響如下：
（1）浪涌抑制器的地與設備的地不在同一點，設備的線路實際上沒有受到保護，較高的浪源電壓仍然加到了設備的電源線與地之間。
解決辦法是在線路與設備的外殼（地）之間再并聯(lián)一只浪涌抑制器。
（2）浪涌抑制器的地與設備的地在同一點，這時，該臺設備的線路與地之間沒有浪涌電壓，受到了保護。但是如果這個設備與其他設備連接在一起，另一臺設備就要承受共模電壓。這個共模電壓會出現(xiàn)在所有連接設備1與設備2的電纜上。
解決的方法是在互連電纜的設備2一端安裝浪涌抑制器。
4.4.4.6 浪涌抑制器件的正確使用
需要注意的是，浪涌抑制器件的壽命不是*的，總會失效。
因此，在結構設計上，應該便于更換浪涌抑制器件。
并且，當浪涌抑制器件失效時，應該有明顯的顯示，提醒維護人員進行更換。
浪涌抑制器件的失效模式一般為短路，這可以稱為安全模式。
因為當浪涌抑制器短路時，線路會出現(xiàn)故障，從而提醒維修人員更換浪涌抑制器。
但是，也有開路失效模式的可能性，這時往往會給設備帶來潛在危險：
因為設備會直接處于沒有保護的狀態(tài)下。