電磁相容ESD靜電防護小知識

ESD選型原則”

1.

VRWM大於或等於電路額定工作電壓

2.

根據電路需求選擇電容CJ,以通訊介面傳輸資料不丟包為最佳

3.

確定ESD極性,可選擇單向或者雙向ESD

4.

功率P=VC*IPP,VC接近VBR為佳

5.

IPP大更好,IPP多大取決於被保護產品的使用環境

6.

根據電路需求選擇封裝外形、單路或多路

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ESD的主要引數

“如何區分ESD單向和雙向?”

1. 從外形上區分

單向ESD放大後有條陰極線,單向ESD與TVS管、穩壓管使用方法一致,接入電路時極性與電源輸入極性相反。

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2. 從內部結構區分,圖左為單向,圖右為雙向

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在手持裝置的使用過程中,由於與人體頻繁接觸,各個埠必須至少能夠承受8kV接觸衝擊(IEC61000-4-2標準)。哪些產品需要按照IEC61000-4-2的標準做靜電測試?

通俗地來講,一切正常使用中可能被人手觸控到的裝置,都需要做靜電測試。常見的消費電子產品,家用電器,辦公電子產品,移動通訊產品,網路通訊產 品,教育電子,智慧家居,安防產品,醫療電子,智慧穿戴等。

常見的有靜電防護的埠有,音訊口,影片口,按鍵介面,VGA,USB介面, HDMI介面,復位鍵,觸控式螢幕,串列埠,介面卡(SIM&SD)等。

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EMC整改小技巧:

差模干擾與共模干擾

差模干擾:

存在於L-N線之間,電流從L進入,流過整流二極體正極,再流經負載,透過熱地,到整流二極體,再回到N,在這條通路上,有高速開關的大功率器件,有反向恢復時間極短的二極體,這些器件產生的高頻干擾,都會從整條迴路流過,從而被接收機檢測到,導致傳導超標。

共模干擾:

共模干擾是因為大地與裝置電纜之間存在寄生電容,高頻干擾噪聲會透過該寄生電容,在大地與電纜之間產生共模電流,從而導致共模干擾。

下圖為差模干擾引起的傳導FALL資料,該測試資料前端超標,為差模干擾引起:

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下圖為開關電源EMI原理部分:

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圖中CX2001為安規薄膜電容(當電容被擊穿或損壞時,表現為開路)其跨在L線與N線之間,當L-N之間的電流,流經負載時,會將高頻雜波帶到迴路當中。此時X電容的作用就是在負載與X電容之間形成一條迴路,使的高頻分流,在該回路中消耗掉,而不會進入市電,即透過電容的短路交流電讓干擾有迴路不串到外部。

對差模干擾的整改對策:

1. 增大X電容容值

2. 增大共模電感感量,利用其漏感,抑制差模噪聲(因為共模電感幾種繞線方式,雙線並繞或雙線分開繞制,不管哪種繞法,由於繞制不緊密,線長等的差異,肯定會出現漏磁現象,即一邊線圈產生的磁力線不能完全透過另一線圈,這使得L-N線之間有感應電動勢,相當於在L-N之間串聯了一個電感)

下圖為共模干擾測試FALL資料:

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電源線纜與大地之間的寄生電容,使得共模干擾有了迴路,干擾噪聲透過該電容,流向大地,在LISN-線纜-寄生電容-地之間形成共模干擾電流,從而被接收機檢測到,導致傳導超標(這也可以解釋為什麼有的主機板傳導測試時,不接地透過,一夾地線就超標。USB模式下不接地時,電流回路只能透過L-二極體-負載-熱地-二極體-N,共模電流不能回到LISN,LISN檢測到的噪聲較小,而當主機板的冷地與大地直接相連時,線纜與大地之間有了迴路,此時若共模噪聲未被前端LC濾波電路吸收的話,就會導致傳導超標)

對共模干擾的整改對策:

1. 加大共模電感感量

2. 調整L-GND,N-GND上的LC濾波器,濾掉共模噪聲

3. 主機板儘可能接地,減小對地阻抗,從而減小線纜與大地的寄生電容。

EMC寄語

隨著時代的發展,越來越多的電子、電氣裝置或系統產品都需要進行檢驗檢測,其中EMC測試是必備的檢驗檢測指標之一。但EMC測試專案費用較貴,EMC實驗室造價昂貴,絕大部分測量裝置又需要採用進口裝置,導致很少檢驗檢測機構有能力建造EMC實驗室。產品的EMC效能是設計階段賦予的,一般電子產品設計時如果不考慮EMC因素,就會很容易導致EMC測試失敗,以致不能透過相關EMC法規的測試或認證。例如,產品設計研發工程師們根據需求,設計出效果良好的濾波電路,置入產品I/O(輸入/輸出)介面的前級,可使因傳導而進入系統的干擾噪聲消除在電路系統的入口處;設計出隔離電路(如變壓器隔離和光電隔離等)解決透過電源線、訊號線和地線進入電路的傳導干擾,同時阻止因公共阻抗、長線傳輸而引起的干擾;設計出能量吸收回路,從而減少電路、器件吸收的噪聲能量;透過選擇元器件和合理安排的電路系統,使干擾的影響減少。

EMC技能:整改小技巧

1、150kHz-1MHz,以差模為主,1MHz-5MHz,差模和共模共同起作用,5MHz 以後基本上是共模。差模干擾的分容性藕合和感性藕合。一般1MHz以上的干擾是共模,低頻段是差模干擾。用一個電阻串個電容後再併到Y電容的引腳上,用示波器測電阻兩引腳的電壓可以估測共模干擾。

2、保險過後加差模電感或電阻。

3、小功率電源可採用PI型濾波器處理(建議靠近變壓器的電解電容可選用較大些)。

4、前端的π型EMI零件中差模電感只負責低頻EMI,體積別選太大(DR8太大,能用電阻型式或DR6更好)否則幅射不好過,必要時可串磁珠,因為高頻會直接飛到前端不會跟著線走。5、傳導冷機時在0。15MHz-1MHz超標,熱機時就有7dB餘量。主要原因是初級BULk電容DF值過大造成的,冷機時ESR比較大,熱機時ESR比較小,開關電流在ESR上形成開關電壓,它會壓在一個電流LN線間流動,這就是差模干擾。解決辦法是用ESR低的電解電容或者在兩個電解電容之間加一個差模電感。

6、測試150kHz總超標的解決方案:加大X電容看一下能不能下來,如果下來了說明是差模干擾。如果沒有太大作用那麼是共模干擾,或者把電源線在一個大磁環上繞幾圈, 下來了說明是共模干擾。如果幹擾曲線後面很好,就減小Y電容,看一下布板是否有問題,或者就在前面加磁環。

7、可以加大PFC輸入部分的單繞組電感的電感量。

8、PWM線路中的元件將主頻調到60kHz左右。

9、用一塊銅皮緊貼在變壓器磁芯上。

10、共模電感的兩邊感量不對稱,有一邊匝數少一匝也可引起傳導150kHz-3MHz超標。11、一般傳導的產生有兩個主要的點:200kHz和20MHz左右,這幾個點也體現了電路的效能;200kHz左右主要是漏感產生的尖刺;20MHz左右主要是電路開關的噪聲。處理不好變壓器會增加大量的輻射,加遮蔽都沒用,輻射過不了。

12、將輸入BUCk電容改為低內阻的電容。

13、對於無Y-CAP電源,繞制變壓器時先繞初級,再繞輔助繞組並將輔助繞組密繞靠一邊,後繞次級。

14、將共模電感上並聯一個幾k到幾十k電阻。

15、將共模電感用銅箔遮蔽後接到大電容的地。

16、在PCB設計時應將共模電感和變壓器隔開一點以免互相干擾。

17、保險套磁珠。

18、三線輸入地將兩根進線接地的Y電容容量從2。2nF減小到471。

19、對於有兩級濾波的可將後級0。22uFX電容去掉(有時前後X電容會引起震盪) 。

20、對於π型濾波電路有一個BUCk電容躺倒放在PCB上且靠近變壓器此電容對傳導150kHz-2MHz的L通道有干擾,改良方法是將此電容用銅泊包起來遮蔽接到地,或者用一塊小的PCB將此電容與變壓器和PCB隔開。或者將此電容立起來, 也可以用一個小電容代替。

21、對於π型濾波電路有一個BUCk電容躺倒放在PCB上且靠近變壓器此電容對傳導150kHz-2MHz的L通道有干擾,改良方法是將此電容用一個1uF/400V或者說0。1uF/400V電容代替, 將另外一個電容加大。

22、將共模電感前加一個小的幾百uH差模電感。

23、將開關管和散熱器用一段銅箔包繞起來,並且銅箔兩端短接在一起,再用一根銅線連線到地。

24、將共模電感用一塊銅皮包起來再連線到地。

25、將開關管用金屬套起來連線到地。

26、加大X2電容只能解決150kHz左右的頻段,不能解決20MHz以上的頻段,只有在電源輸入加以一級鎳鋅鐵氧體黑色磁環,電感量約50uH-1mH。

27、在輸入端加大X電容。

28、加大輸入端共模電感。

29、將輔助繞組供電二極體反接到地。

30、將輔助繞組供電濾波電容改用瘦長型電解電容或者加大容量。

31、加大輸入端濾波電容。

32、150kHz-300kHz和20MHz-30MHz這兩處傳導都不過,可在共模電路前加一個差模電路。也可以看看接地是否有問題,該接地的地方一定要加強接牢,主機板上的地線一定要理順,不同的地線之間走線一定要順暢不要互相交錯的。

33、在整流橋上並電容,當考慮共模成分時,應該鄰角並電容,當考慮差模成分時,應該對角並電容。

34、加大輸入端差模電感。

2、產品電磁相容騷擾源有:

1、裝置開關電源的開關回路:騷擾源主頻幾十kHz到百餘kHz,高次諧波可延伸到數十MHz。

2、裝置直流電源的整流回路:工頻線性電源工頻整流噪聲頻率上限可延伸到數百kHz;開關電源高頻整流噪聲頻率上限可延伸到數十MHz。

3、電動裝置直流電機的電刷噪聲:噪聲頻率上限可延伸到數百MHz。

4、電動裝置交流電機的執行噪聲:高次諧波可延伸到數十MHz。

5、變頻調速電路的騷擾發射:開關調速回路騷擾源頻率從幾十kHz到幾十MHz。

6、裝置執行狀態切換的開關噪聲:由機械或電子開關動作產生的噪聲頻率上限可延伸到數百MHz。

7、智慧控制裝置的晶振及數位電路電磁騷擾:騷擾源主頻幾十kHz到幾十MHz,高次諧波可延伸到數百MHz。

8、微波裝置的微波洩漏:騷擾源主頻數GHz。

9、電磁感應加熱裝置的電磁騷擾發射:騷擾源主頻幾十kHz,高次諧波可延伸到數十MHz。

10電視電聲接收裝置的高頻調諧迴路的本振及其諧波:騷擾源主頻數十MHz到數百MHz,高次諧波可延伸到數GHz。

11、資訊科技裝置及各類自動控制裝置的數字處理電路:騷擾源主頻數十MHz到數百MHz(經內部倍頻主頻可達數GHz),高次諧波可延伸到十幾GHz。