Prisemi小课堂丨浅谈IEC61000中ESD、EFT、Surge标准及防护

芯导电子Prisemi 昨天
在电子产品应用中，雷击、功率感应、直接接触、电源波动、感应开关等操作可能产生较大瞬变电压，使产品的功能受到损坏。设计人员必须确保产品不仅能在理想条件下工作，而且能在实际可能遇到的恶劣环境下正常工作。
为此，相关机构制定了一些EMC法规来帮助设计人员规范设计。IEC61000规范定义了一组EMC抗扰度要求，适用于在住宅、商业和轻工业环境中使用的电气和电子设备。

这组规范重点包括：

• IEC 61000-4-2 静电放电抗扰度试验(ESD)

• IEC 61000-4-4 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验(EFT)

• IEC 61000-4-5 浪涌抗扰度试验（Surge）

这些规范都定义了测试方法，用以评估电子和电气设备对指定现象的耐受性。


接下来，我们将就此3条重点定义进行讲解，究竟该如何操作，它们又具有何种意义呢？


静电放电抗扰度试验(ESD)


ESD是指静电荷在不同电位实体之间的突然传输，由靠近接触或电场感应引起。其特征是在短时间内产生高电流。
IEC61000-4-2描述了两种耦合测试方法，接触放电和空气放电，其试验的主要目的是确定系统在工作过程中对系统外部ESD事件的抗扰度。
接触放电时放电枪与受测设备直接接触；空气放电时放电枪不与受测设备直接接触，空气放电测试的结果和可重复性会受到多种因素的影响，包括湿度、温度、气压、距离和放电枪逼近受测单元的速率。测试电压的选择取决于系统端环境，规定的最高测试为4级。

▽图1

△图2

图1显示了规范中的8kV接触放电电流波形。该脉冲有0.7~1ns的上升时间和约60ns的脉冲宽度。
图2为标准人体模型(储能电容：150pF，放电电阻330Ω)。


电快速瞬变脉冲群抗扰度试验(EFT)


EFT是一种由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群耦合到电气和电子设备的电源端口、控制端口、信号端口和接地端口的试验，主要有瞬变的幅度值高、上升时间短、重复性高和能量较小等特点。
IEC61000-4-4中试验为了验证电气和电子设备对诸如来自切换瞬态过程（切断感性负载、继电器触点弹跳等）的瞬变骚扰的抗扰度。
脉冲群持续时间有5Khz和100Khz两种，以300ms间隔重复。每个脉冲具有5ns的上升时间和50ns的持续时间，单个EFT脉冲的总能量与ESD脉冲相似。
EFT波形用具有50Ω输出阻抗的发生器在50Ω阻抗上产生的电压来描述。图3为EFT波形，图4为发生器电路简图。

▽图3

△图4


浪涌抗扰度试验（Surge）


浪涌由开关或雷电瞬变产生的过压引起。开关瞬变的原因包括电源系统切换、电源分配系统的负载变化或短路等。雷电瞬变是附近的雷击将高电流和电压注入电路中。     
IEC61000-4-5中描述了两种波形：10/700 μs 组合波用于测试要连接到对称通信线路的端口；1.2/50μs组合波用于所有其他情形。1.2/50μs（图5）波形的有效输出阻抗为2Ω，因此浪涌的电流非常高。图6为发生器电路简图。

▽图5

△图6

ESD和EFT具有相似的上升时间、脉冲宽度和能量水平，但浪涌脉冲的上升时间为1.2µs，脉冲宽度为50 µs，它比ESD、EFT脉冲的能量高出三到四个数量级。因此被认为是最严重的EMC瞬变。ESD与EFT相似，因此电路保护的设计可以相似，但浪涌须以不同方式处理。


划重点


设计瞬变保护电路时，设计人员必须考虑以下事项：

a. 电路必须防止或限制瞬变引起的损坏，且干扰系统运行。

b. 保护方案应当非常可靠，足以处理系统在实际应用经受到的瞬变情况。


常见的需要防护设计的端口：


Prisemi针对ESD、EFT、Surge等防护提供有效的解决方案。使用封装更小、防护能力更强的ESD和TVS器件进行防护，当瞬变能量施加于保护电路时，ESD/TVS击穿提供低阻抗的接地路径来保护器件，产生更低的Vc，保证系统的可靠性。

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