环境中还存在着一些短暂的高能量脉冲干扰,这些干扰对电子设备的危害很大,这种干扰一般称为瞬态干扰。瞬态干扰既可以通过电缆(包括电源线和信号线)进入设备,也可以以宽带辐射干扰的形式对设备造成影响。例如,汽车点火装置和直流电动机电刷产生的电火花对收音机的干扰。在现实环境中,雷电、静电放电、电力线上的负载通断(特别是感性负载)、核电磁脉冲等都是产生瞬态干扰的原因。可见瞬态干扰是指时间很短但幅度较大的电磁干扰。设备需要通过测试验证的瞬态干扰抗扰度有三种:各类电快速瞬变脉冲(EFT)、各类浪涌(SURGE)、静电放电(ESD)。下图所示为常见干扰源。
电磁兼容三要素
产生电磁兼容(或者说电磁干扰)问题,必须同时具备三个条件:
① 干扰源:产生干扰的电路或设备;
② 敏感源:受这种干扰影响的电路或设备;
③ 耦合路径:能够将干扰源产生的干扰能量传递到敏感源的路径。
以上三个条件就是电磁兼容的三要素,只要将这三个要素中的一个去除掉,那么,电磁干扰的问题就不复存在了。电磁兼容技术就是通过研究每个要素的特点,提出消除每个要素的技术手段,以及这些技术手段在实际工程中的实现方法。
常见的EMS保护器件
1、金属氧化物压敏电阻(Metal oxide varistor,MOV):压敏电阻由金属氧化物(主要是氧化锌)材料组成,属箝位型器件,其特性与两只背对背联接的稳压管非常相似,有着毫微秒级的响应速度。压敏电阻对瞬变信号的吸收能力与其体积成正比:其厚度正比于电压;面积正比于电流,是目前在电子产品中使用最广泛的浪涌抑制器件。当压敏电阻上的电压超过一定幅度时,电阻的阻值大幅度降低,从而将浪涌能量泄放掉。
压敏电阻的特点:
电压范围很宽,可从几伏到几千伏;
吸收浪涌电流可从几十到几千安培,反应速度快,无极性,无续流,峰值电流承受能力较大,价格实惠。
2、瞬态电压抑制二极管(Transient voltage suppressor,TVS):TVS为电压箝位型工作方式,亚纳秒级的响应速度。TVS有多种封装方式,可满足不同场合的需要。当TVS上的电压超过一定的幅度时,器件迅速导通,通过PN结反向过压雪崩击穿将浪涌能苣泄放掉。
瞬态电压抑制二极管的特点:
响应时间短,漏电流小,击穿电压偏差小,箝位电压低(相对于工作电压)动作精度高,无跟随电流(续流),体积小,每次经受瞬变电压后其性能不会下降,可靠性高。
3、气体放电管(Gas discharge tube,GDT):气体放电管采用陶瓷密闭封装,内部由两个或数个带间隙的金属电极,充以惰性气体(氩气或氖气)构成。当加到两电极端的电压达到使气体放电管内的气体击穿时,气体放电管便开始放电,器件变为短路状态,使电极两端的电压不超过击穿电压。气体放电管一旦导通后,它两端的电压会很低。气体放电管有两极和三极之分,可分别用于线间和线-地间的保护。
气体放电管的特点:
耐冲击电流大,绝缘电阻高,漏电流小,寄生电容小。
它具有很强的冲击电流吸收能力,但有着较高的起弧电压,所以比较适合做一级粗保护。