由于静电放电或开关切换而意外产生的过高电压或电流称为浪涌。由于电压和/或电流的电平明显大于正常电路运行的情况,因此会引起故障或损坏电路。为了防止发生此情况,在浪涌会进入的线路中使用了浪涌吸收元件。
典型的浪涌是静电浪涌、开关浪涌和雷击浪涌等。浪涌是EMC措施的主要类别之一。总结如下:
(1) 静电浪涌
如图2-2-11中所示,浪涌是一个短暂的噪声,是当人体或设备中所承受的非常小(约数个100pF)的浮动静电电容中积聚的电荷,释放到电子设备或周围物体上时便会发生。尽管其能量很小,但其电压会高到几个kV或更高,且有较大电流瞬间流过。因此,如果直接施加在电路上,则会损坏电路。即使未直接施加,但当信号线受到电磁感应或当电源或接地的电势有波动,电路就可能会产生故障。
以IEC61000-4-2为例进行模拟静电浪涌测试。请参考测试详细内容。
如图2-2-12所示,为了减少静电荷干扰,
(i) 用绝缘体覆盖以阻止放电,或者用金属覆盖转移电荷。
(ii) 通过一个不影响电路的通路释放放电电流(释放到大地,以免流入信号接地: SG)。
(iii) 使用适当的浪涌吸收元件。
图2-2-11 静电浪涌的进入
图2-2-12 静电浪涌保护电路方法
(2) 开关浪涌
当因继电操作或切换开关而使电流突然变化时(特别在关闭电路时),由于电路的固有电感,在接触点会遭受瞬时高电压。此现象称为开关浪涌。2-2-2节中提到的接触噪声是由开关浪涌引起的噪声。
由于产生了过高的电压,因此会产生如图2-2-13和2-2-14所示的电火花,或通过接触点的浮动静电电容与电感产生谐振,由于强烈的阻尼振荡电流而可以传播无线电波。因此,会损坏共享电路的其他电子设备,或造成设备故障。由于此阻尼振荡电流中包含高频成分,因此会对收音机和电视机造成接收干扰。
由于产生阻尼振荡电流的谐振是噪声抑制中的一个重要课题,因此会在其他章节中作进一步说明。
除了继电器和开关以外,由直流电机产生的噪声也常常是由整流子切换电流而产生的。因此,这也可以认为是开关浪涌的一个类型。
如图2-2-15所示,为了减少开关浪涌的干扰,
(i) 在接触点使用电容器、压敏电阻和缓冲电路等浪涌吸收元件。
(ii) 提供屏蔽切断所有电磁效应。
(iii) 将EMI静噪滤波器用于噪声传递线路和受影响电路。
为了只通过屏蔽和滤波器达到一定的改善,了解哪些部分会是噪声的路径和天线尤其重要。例如,在图2-2-15中,仅屏蔽开关部分在大多数情况下不会有任何改善(由于屏蔽外部的线路起到了天线的作用,并发射大量无线电波)。
图2-2-13 由于开关浪涌产生噪声干扰示例
(拔出烤箱的电源插头时发出火花,收音机发出噪声)
图2-2-14 产生开关浪涌的机制
图2-2-15 开关浪涌的噪声抑制示例
(3) 雷击浪涌
由于雷击是一个自然现象,且具有巨大能量,要提供保护防止直接击中是非常困难的。在许多情况下,不是提供保护防止直接击中,而是使用电子设备进行保护,防止雷电感应。
雷击感应是是当电子设备附近发生雷击时,电源线或通讯线等相对较长线路上感应出的高电压。产生雷击感应的可能机制是: 由于雷雨云产生的电场,电荷感应到电线,然后电荷通过雷击被释放;或由于雷击电流产生的磁场在电线中产生感应电动势。直接雷击并不厉害,但雷击感应具有很大的能量,足以损坏电路。因此需要进行保护。
为了提供保护防止雷击感应,在电子设备电源线和通信线进出部分需要使用诸如压敏电阻等浪涌吸元件。
图2-2-16 没有雷电直接击中浪涌即可从电源线或天线导线进入
2-2. 噪声源 - 重点
以噪声源和受害方为例从以下所列三点进行说明。至此我们已经了解,根据产生噪声的机制以及正在处理的噪声类型不同,噪声抑制可以是完全不同的。为了有效实现噪声抑制,您需要调查产生干扰的噪声,并根据原因选择合适的方法。由于数字电路和谐振现象是关于噪声源的重要课题,这些内容将在其他章节中作进一步说明。
信号
电源
浪涌