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  • 發布時間:2020-10-05 15:34 原文鏈接: 電子產品&設備:EFT的分析與設計(一)

    這段時間有朋友們在咨詢我EFT(電快速脈沖群)在產品中的設計問題;想提高EFT的抗干擾能力;比如-下圖所示紅圈里面是產品的心電圖的R波丟掉了四個正常波形,這樣會被判EFT不通過;系統有開關電源設計!

    對于 EMC設計中EMS的設計中其實PCB的設計是很關鍵的;

    對于有開關電源系統的EFT問題我通過如下的圖示進行分析:EFT是共模的噪聲干擾!

    共模干擾(EMS)其尖峰噪聲電壓對設備不會直接產生威脅;共模干擾不直接影響設備,而是通過轉化為差模電壓來影響設備的!由于系統要采用交流AC供電同時要求有下的體積和效率,開關電源的應用必不可少!

    注意:電子產品&設備就開關電源系統來說!如果撇開開關電源的輸入濾波器

    1.開關電源線路本身對脈沖群干擾的抑制作用實在是很低的,究其原因,主要在于脈沖群干擾的本質是高頻共模干擾。

    2.開關電源線路中的濾波電容都是針對抑制低頻差模干擾而設置的,其中的電解電容對于開關電源本身的紋波抑制作用尚且不足,更不要說針對諧波成分達到60MHz以上的脈沖群干擾有抑制作用了,

    3.在用示波器觀察開關電源輸入端和輸出端的脈沖群波形時,看不出有明顯的干擾衰減作用。

    這樣看來,就抑制開關電源所受到的脈沖群干擾來說,產品&設備的開關電源系統的輸入濾波器是一個重要措施。

    EMS的問題注意要重點注意PCB設計的問題!

    1.開關電源系統線路中的高頻變壓器設計的好壞,對于脈沖群干擾有一定的抑制作用;

    2.開關電源系統初級回路與次級電路之間的跨接電容,能為從初級回路進入次級回路的共模干擾返回初級回路提供通路,因此對于脈沖群干擾也有一定的抑制作用;

    3.開關電源系統輸出端共模濾波電路的設置,能對脈沖群干擾有一定抑制作用。

    4.開關電源系統線路本身對脈沖群干擾沒有什么抑制作用,但是如果開關電源的線路布局不佳,則更能加劇脈沖群干擾對開關電源的入侵。

    特別是脈沖群干擾的本質是傳導與輻射干擾的復合,即使由于輸入濾波器的采用,抑制了其中的傳導干擾的成分,但存在在傳輸線路周圍的輻射干擾依然存在,依然可以透過開關電源的不良布局

    (開關電源的初級或次級回路布局距離太長,就會形成了“大環天線”),

    感應脈沖群干擾中的輻射成分,進而影響整個設備的抗干擾性能。

    對于整個物聯網電子產品及設備由于有高頻的數據通訊系統其PCB的設計多采用雙面板及多層板的設計我將PCB的設計再提供參考:

    A.PCB-地走線(地平面的完整性)

    B.PCB-地回路(回路面積最小化)

    C.PCB-接地點的位置(干擾源入口要就近接地)

    根據前面的EFT快速設計法的結論:

    EFT設計對于有開關電源系統的脈沖群干擾來說,產品&設備的開關電源系統的輸入濾波器是一個重要措施。

    上面的產品案例:通過加強輸入濾波器的方法,即用兩級共模串聯,L、N和地線共繞解決了EFT問題;當然從成本上考慮的話,我們從PCB設計,濾波器的設計同時實施是可以得到最佳的性價比的設計的!

    我提供分析設計理論進行參考:

    電快速瞬變脈沖群(EFT)會帶來系統電路IC中數字電路的敏感性問題;

    電感負載開關系統斷開時,會在斷開點產生由大量脈沖組成的瞬態騷擾.

    其頻譜分布非常寬,數字電路對其比較敏感,易受到騷擾.

    電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗的目的是評估產品對來源于諸如繼電器,接觸器等電感性負載在開,斷時所產生的電快速瞬變脈沖群(EFT)的抗擾度.

    試驗時,EFT發生器產生的脈沖群,耦合到產品的電源線,信號線,和控制線上,并考核產品性能是否下降.

    試驗時,一般不會損壞元器件,只是使EUT出現”軟”故障,如程序混亂,數據丟失等產品性能下降.有的EUT對單脈沖不敏感,但對脈沖群敏感.由于對IC輸入端電容充電,在脈沖間隔不能完全放電,導致電位逐漸積累,使IC發生誤動作.

    如下圖產品進行系統等效我來分析一下EFT問題;

    圖中我們將EFT信號發生器等效到產品電路中:

    EFT干擾特點:脈沖成群出現,重復頻率高,上升時間短,單脈沖能量低!

    通過相關數據的測試分析,認為脈沖群干擾之所以會造成設備的誤動作,是因為脈沖群對線路中半導體器件結電容充電,當結電容上的能量積累到一定程度,便會引起線路(乃至設備)的誤動作及故障!

    EFT-在產品&設備中的基本理論:

    EFT干擾成分:傳導干擾和輻射干擾,EFT共模干擾電流為主導!

    è脈沖群的單個脈沖波形的前沿tr達到5ns,脈寬達到50ns,這就注定了脈沖群干擾具有極其豐富的諧波成分!


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