電磁敏感度/抗擾度測試：EFT電快速脈沖群測試

2019-07-02 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

EFT電快速脈沖群測試

在ansys em(ANSYS Electronics Desktop/ANSYS EM Suite 19.2)軟件中怎么做傳導(dǎo)抗擾度CS,輻射抗擾度RS,靜電抗擾度ESD,脈沖群EFT,工頻磁場抗擾度,阻尼振動波抗擾度仿真?也是可以的,可以綜合ANSYS EM Suite 19.2中的hfss,maxwell,q3d,emit,ANSYS Savant,SiWave等電磁工具進行仿真,本文主要講講EFT做些什么。

首先:What is EFT?
英文來源是:Electrical Fast Transient (EFT) Immunity,翻譯成中文是:電快速脈沖瞬態(tài)敏感度

Inductive loads such as relays, switch contactors, or heavy-duty motors when de-energized produce bursts of narrow
high-frequency transients on the power distribution system. These fast transients can also be produced when the
utility provider switches in or out the power factor correction equipment. A common cause of power line transients is
sparking that occurs whenever an AC power cord is plugged in, equipment is switched off, or when circuit breakers
are opened or closed. Figure 1 shows how transients are generated and coupled to end equipment over power lines.

大部分電子產(chǎn)品需要通過電快速瞬變脈沖群(EFT)和靜電放電(ESD)等項目的標(biāo)準(zhǔn)測試。

EFT和ESD是兩種典型的突發(fā)干擾,EFT信號單脈沖的峰值電壓可高達4kV,上升沿5ns。接觸放電測試時的ESD信號的峰值電壓可高達8kV,上升時間小于1ns。這兩種突發(fā)干擾,都具有突發(fā)、高壓、寬頻等特征。

電快速瞬變脈沖群是由電感性負載(如繼電器、接觸器產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾、高壓開關(guān)切換產(chǎn)生的輻射干擾等)在斷開時,由于開關(guān)觸點間隙的絕緣擊穿或觸點彈跳等原因,在斷開處產(chǎn)生的暫態(tài)騷擾。當(dāng)電感性負載多次重復(fù)開關(guān),則脈沖群又會以相應(yīng)的時間間隙多次重復(fù)出現(xiàn)。這種暫態(tài)騷擾能量較小,一般不會引起設(shè)備的損壞,但由于其頻譜分布較寬,所以會對電子、電氣設(shè)備的可靠工作產(chǎn)生影響。
電快速速變脈沖群試驗的目的就是為了檢驗電子、電氣設(shè)備在遭受這類暫態(tài)騷擾影響時的性能。重復(fù)快速瞬變試驗是一種將由許多快速瞬變脈沖組成的脈沖群耦合到電氣和電子設(shè)備的電源端口、信號和控制端口的試驗。試驗的要點是瞬變的短上升時間、重復(fù)率和低能量。

這種試驗是一種耦合到電源線路、控制線路、信號線路上的由許多快速瞬變脈沖組成的脈沖群試驗。此波形不是感性負載斷開的實際波形(感性負載斷開時產(chǎn)生的干擾幅度是遞增的),而實驗所采用的波形使實驗等級更為嚴(yán)酷。電快速脈沖群是由間隔為300ms的連續(xù)脈沖串構(gòu)成,每一個脈沖串持續(xù)15ms,由數(shù)個無極性的單個脈沖波形組成,單個脈沖的上升沿5ns,持續(xù)時間50ns,重復(fù)頻率2.5KHz(對4KV測試等級)或5KHz(對其他等級)。根據(jù)傅立葉變換,它的頻譜是從5K--100M的離散譜線,每根譜線的距離是脈沖的重復(fù)頻率。對電源端子選擇耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)施加干擾,耦合電容為33 nF。對I/0信號、數(shù)據(jù)和控制端口選擇專用容性耦合夾施加干擾,等效藕合電容約為50-200 pF。

針對電源線試驗的措施
解決電源線干擾問題的主要方法是在電源線入口處安裝電源線濾波器,阻止干擾進入設(shè)備?？焖倜}沖通過電源線注入時,可以是差模方式注入,也可以是共模方式注入。對差模方式注入的一般可以通過差模電容(X電容)和電感濾波器加以吸收。若注入到電源線上的電壓是共模電壓,濾波器必須能對這種共模電壓起到抑制作用才能使受試設(shè)備順利通過試驗。下面是用濾波器抑制電源線上的電快速脈沖的方法。

(1)設(shè)備的機箱是金屬的:
這種情況是最容易的。因為機箱是金屬的,它與地線面之間有較大的雜散電容,能夠為共模電流提供比較固定的通路。這時,只要在電源線的入口處安裝一只含有共模濾波電容的電源線濾波器,共模濾波電容就能將干擾旁路掉,使其回到干擾源。由于電源線濾波器中的共模濾波電容受到漏電流的限制,容量較小,因此對于干擾中較低的頻率成分主要依靠共模電感抑制。另外,由于設(shè)備與地線面之間的接地線具有較大的電感,對于高頻干擾成分阻抗較大,因此設(shè)備接地與否對試驗的結(jié)果一般沒有什么影響。除了選擇高頻性能良好的濾波器以外,在安裝濾波器時,注意濾波器應(yīng)靠近金屬機箱上的電源入口處,防止電源線二次輻射造成的干擾。
(2)設(shè)備機箱是非金屬的:
如果設(shè)備的機箱是非金屬的,必須在機箱底部加一塊金屬板,供濾波器中的共模濾波電容接地。這時的共模干擾電流通路通過金屬板與地線面之間的雜散電容形成通路。如果設(shè)備的尺寸較小,意味著金屬板尺寸也較小,這時金屬板與地線面之間的電容量較小,不能起到較好的旁路作用。在這種情況下,主要靠電感發(fā)揮作用。此時,需要采用各種措施提高電感高頻特性,必要時可用多個電感串聯(lián)。

針對信號線試驗應(yīng)采取的措施

快速脈沖通過信號/控制線注入時,由于是采用容性耦合夾注入,屬共模注入方式。

(1)信號電纜屏蔽:
從試驗方法可知,干擾脈沖耦合進信號電纜的方式為電容性耦合。消除電容性耦合的方法是將電纜屏蔽起來,并且接地。因此,用電纜屏蔽的方法解決電快速脈沖干擾的條件是電纜屏蔽層能夠與試驗中的參考地線面可靠連接。如果設(shè)備的外殼是金屬的并是接地的設(shè)備,這個條件容易滿足。當(dāng)設(shè)備的外殼是金屬的,但是不接地時,屏蔽電纜只能對電快速脈沖中的高頻成分起到抑制作用,這是通過金屬機殼與地之間的雜散電容來接地的。如果機箱是非金屬機箱,則電纜屏蔽的方法就沒有什么效果。
(2)信號電纜上安裝共模扼流圈:
共模扼流圈實際是一種低通濾波器,只有當(dāng)電感量足夠大時,才能對電快速脈沖群有效果。但是當(dāng)扼流圈的電感量較大時(往往匝數(shù)較多),雜散電容也較大,扼流圈的高頻抑制效果降低。而電快速脈沖波形中包含了大量的高頻成分。因此,在實際使用時,需要注意調(diào)整扼流圈的匝數(shù),必要時用兩個不同匝數(shù)扼流圈串聯(lián)起來,兼顧高頻和低頻的要求。
(3)信號電纜上安裝共模濾波電容:
這種濾波方法比扼流圈具有更好的效果,但是需要金屬機箱作為濾波電容的地。另外,這種方法會對差模信號有一定的衰減,在使用時需要注意。
(4)對敏感電路局部屏蔽:

當(dāng)設(shè)備的機箱為非金屬機箱,或者電纜的屏蔽和濾波措施不易實施時,干擾會直接耦合進電路。這時只能對敏感電路進行局部屏蔽。屏蔽體應(yīng)該是一個完整的六面體。

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