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电子产品&设备-EFT的分析与设计!

这段时间有朋友们在咨询我EFT(电快速脉冲群)在产品中的设计问题;想提高EFT的抗干扰能力;比如-下图所示红圈里面是产品的心电图的R波丢掉了四个正常波形,这样会被判EFT不通过;系统有开关电源设计!

对于 EMC设计中EMS的设计中其实PCB的设计是很关键的;

对于有开关电源系统的EFT问题我通过如下的图示进行分析:EFT是共模的噪声干扰!

共模干扰(EMS)其尖峰噪声电压对设备不会直接产生威胁;共模干扰不直接影响设备,而是通过转化为差模电压来影响设备的!由于系统要采用交流AC供电同时要求有下的体积和效率,开关电源的应用必不可少!

注意:电子产品&设备就开关电源系统来说!如果撇开开关电源的输入滤波器

1.开关电源线路本身对脉冲群干扰的抑制作用实在是很低的,究其原因,主要在于脉冲群干扰的本质是高频共模干扰。

2.开关电源线路中的滤波电容都是针对抑制低频差模干扰而设置的,其中的电解电容对于开关电源本身的纹波抑制作用尚且不足,更不要说针对谐波成分达到60MHz以上的脉冲群干扰有抑制作用了,

3.在用示波器观察开关电源输入端和输出端的脉冲群波形时,看不出有明显的干扰衰减作用。

这样看来,就抑制开关电源所受到的脉冲群干扰来说,产品&设备的开关电源系统的输入滤波器是一个重要措施。

EMS的问题注意要重点注意PCB设计的问题!

1.开关电源系统线路中的高频变压器设计的好坏,对于脉冲群干扰有一定的抑制作用;

2.开关电源系统初级回路与次级电路之间的跨接电容,能为从初级回路进入次级回路的共模干扰返回初级回路提供通路,因此对于脉冲群干扰也有一定的抑制作用;

3.开关电源系统输出端共模滤波电路的设置,能对脉冲群干扰有一定抑制作用。

4.开关电源系统线路本身对脉冲群干扰没有什么抑制作用,但是如果开关电源的线路布局不佳,则更能加剧脉冲群干扰对开关电源的入侵。

特别是脉冲群干扰的本质是传导与辐射干扰的复合,即使由于输入滤波器的采用,抑制了其中的传导干扰的成分,但存在在传输线路周围的辐射干扰依然存在,依然可以透过开关电源的不良布局

(开关电源的初级或次级回路布局距离太长,就会形成了“大环天线”),

感应脉冲群干扰中的辐射成分,进而影响整个设备的抗干扰性能。

对于整个物联网电子产品及设备由于有高频的数据通讯系统其PCB的设计多采用双面板及多层板的设计我将PCB的设计再提供参考:

A.PCB-地走线(地平面的完整性)

B.PCB-地回路(回路面积最小化)

C.PCB-接地点的位置(干扰源入口要就近接地)

根据前面的EFT快速设计法的结论:

EFT设计对于有开关电源系统的脉冲群干扰来说,产品&设备的开关电源系统的输入滤波器是一个重要措施。

上面的产品案例:通过加强输入滤波器的方法,即用两级共模串联,L、N和地线共绕解决了EFT问题;当然从成本上考虑的话,我们从PCB设计,滤波器的设计同时实施是可以得到最佳的性价比的设计的!

我提供分析设计理论进行参考:

电快速瞬变脉冲群(EFT)会带来系统电路IC中数字电路的敏感性问题;

电感负载开关系统断开时,会在断开点产生由大量脉冲组成的瞬态骚扰.

其频谱分布非常宽,数字电路对其比较敏感,易受到骚扰.

电快速瞬变脉冲群抗扰度试验的目的是评估产品对来源于诸如继电器,接触器等电感性负载在开,断时所产生的电快速瞬变脉冲群(EFT)的抗扰度.

试验时,EFT发生器产生的脉冲群,耦合到产品的电源线,信号线,和控制线上,并考核产品性能是否下降.

试验时,一般不会损坏元器件,只是使EUT出现”软”故障,如程序混乱,数据丢失等产品性能下降.有的EUT对单脉冲不敏感,但对脉冲群敏感.由于对IC输入端电容充电,在脉冲间隔不能完全放电,导致电位逐渐积累,使IC发生误动作.

如下图产品进行系统等效我来分析一下EFT问题;

图中我们将EFT信号发生器等效到产品电路中:

EFT干扰特点:脉冲成群出现,重复频率高,上升时间短,单脉冲能量低!

通过相关数据的测试分析,认为脉冲群干扰之所以会造成设备的误动作,是因为脉冲群对线路中半导体器件结电容充电,当结电容上的能量积累到一定程度,便会引起线路(乃至设备)的误动作及故障!

EFT-在产品&设备中的基本理论:

EFT干扰成分:传导干扰和辐射干扰,EFT共模干扰电流为主导!

è脉冲群的单个脉冲波形的前沿tr达到5ns,脉宽达到50ns,这就注定了脉冲群干扰具有极其丰富的谐波成分!

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