五. 防护设计学习笔记
防护设计学习笔记
一. 浪涌防护设计基础
1.由变频器空载、电机启动、开关开启等引起的瞬时过电压,叫做浪涌。
2.浪涌模拟波形1.2/50us(8/20us):发生器输出开路时,输出波形式1.2/50us的开路电压波;发生器输出短路时,输出波形是8/20us的短路电流波。用于设备端口过电压耐受性水平测试。
雷击测试:开路输出电压峰值(4KV)/短路输出电流峰值(2KA)=有效输出阻抗为2Ω
3.实验发生器模拟瞬态干扰:
A:如果骚扰源与EUT在同一线路中,直接耦合,例如电源网络,那么发生器可以在EUT端口模拟低阻抗远。
B:如果骚扰源与EUT不在同一个线路中,属于间接耦合,那么发生器可以在EUT端口模拟高阻抗源。
浪涌发生器内阻取决于:
电缆,导体、线路种类(交流电源、直流电源、互联网等)
电缆、线路长度
户内、户外状况
实验电压的施加(线-线或线-地)
2Ω表示低压电源网络对地的源阻抗
12Ω(10Ω+2Ω)低压电网对地的源阻抗 42Ω(40Ω+2Ω)其他所有线路对地的源阻抗
浪涌的防护通常不采取电容(耐压要求)或电感(通流要求)进行浪涌防护保护,成本高,残压不能精确控制。一般采用TVS、TSS等防护器件。
二.产品静电干扰防护设计
1.静电放电特点及类型
高电位(几千伏)、强电场(高压距离近)、瞬时大电流(几十安)传导
有强烈的电磁辐射形成电磁脉冲 辐射
非常复杂的物理过程,很难重复(与温湿度、产品结构及接触速度有关)
2.标准人体静电模型
标准:汽车行业人体参数为330pF/2KΩ 17626.2采用150pF/330Ω
静电防护器件选防护速度快的,滤波设计滤高频,有场辐射。
3.静电放电现象分类
A.直接对电子器件放电(集成/分立器件)
B.直接对电子设备/装置放电(外壳、连接器等)
C.间接放电(空间电场辐射)
4.直流放电电流路径——接地、分布电容
ESD问题:PCB板地完整性 多层板 表层铺地
三. 产品静电防护
在4500KV的情况下,一平方厘米的信号回路可以感应出3伏的感应电动势
1.ESD设计对策:接口电路保护 信号回路与屏蔽设计 PCB地设计
2.常用静电防护器件:
瞬态抑制器件:TVS管、叠层压敏电阻、高分子ESD保护器件等
电容器件:分流
铁氧体磁珠、电阻器件:分压
3.ESD保护器件选型
A.电源端口静电防护:
TVS管选型:Vrwm>Vdc工作电压,功率200W以上可以;
通常采取磁珠作为分压器件。(电阻有压降)
B.信号端口:
TVS管选型:Vrwm>Vdc工作电压,功率200W以上可以;
结电容对信号传输影响,频率越高,结电容也要越小;
分压器件通常选择磁珠或电阻,电阻阻值越大会影响信号幅值,磁珠会影响信号传输
4.PCB板级静电防护
防护器件靠近接口位置 TVS管走线要短
双面单板从就近地回流,需要就近布置地线,远端大面积对信号回路没有意义,避免地跨分割,悬空
局部结构屏蔽——易受干扰电路或模块采用局部金属结构屏蔽
金属连接器需要与结构360度塔接,有利于静电通过外壳泄放,从而减少对单板影响
5.结构防静电设计
边沿做迷宫结构
塑胶壳尽量不要开散热孔,如果有开孔需要保持间隙足够长
外部金属螺钉与单板内部间距要求
6.验钞机静电案例分析
问题:地平面完整性设计
单板为双面板设计,单面贴器件,密度大,地平面碎而不完整,容易受到外部干扰
测试过程:耦合板测试,单板背面贴一层铜箔,与内部数字地接,干扰减小
整改:接口 接地 信号回路
四.EOS防护设计(过度电性应力)
1.常见的EOS:热拔插产生的尖峰电压电流、开关电流上电瞬间产生的尖峰电压电流、ESD等
2.EOS产生原因
外接雷电引起的感应浪涌
产生、品的接口热插拔而引起的感应浪涌
特殊环境下的大电流存在,电源瞬间上电引起的尖峰电压
因不良接地而导致地平面的噪声过大(即电压差)
ESD静电干扰
受其他电场的干扰而引起内部器件损坏
电路板上的开关电路可能会导致电路板内部出现高压尖峰,进而传播到电路板上其他器件
I/O开关产生电压过冲或下冲
3.EOS测试标准——浪涌测试标准
EOS防护——防护器件耐电流
五.交流电源端口浪涌设计
线-线——压敏电阻MOV)
线-地——压敏电阻+GDT(有漏电流)
六.直流电源端口(48V)
1.TVS管选型:电源最大电压48*1.2—VRWM=60V,VBR=VWRM*1.2
2.压敏电阻:电源最大电压48*1.2,VRWM=Vmax*1.5
七.信号端口防护设计
信号接口:通常采用GDT、TVS、TSS,MOV结电容较大,影响信号传输
电源端口:通常采用MOV与TVS,6TSS与GDT有条件应用
设备接口:通常采用MOV、GDT、TVS、TSS等
八.汽车电子防护设计
1.瞬态干扰:稳定系统突然发生变化所引起的现象,在变化过程中会产生瞬间、短暂的电流或电压脉冲现象,其瞬间脉冲的延续时间极短,从毫秒至微妙不等
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