1、電子設(shè)備雷擊浪涌抗擾度試驗標準

     電子設(shè)備雷擊浪涌抗擾度試驗的國家標準為GB/T17626.5（等同于國際標準IEC61000-4-5 ）。

標準主要是模擬間接雷擊產(chǎn)生的各種情況：

  （1）雷電擊中外部線路，有大量電流流入外部線路或接地電阻，因而產(chǎn)生的干擾電壓。

  （2）間接雷擊（如云層間或云層內(nèi)的雷擊）在外部線路上感應(yīng)出電壓和電流。

  （3）雷電擊中線路鄰近物體，在其周圍建立的強大電磁場，在外部線路上感應(yīng)出電壓。

  （4）雷電擊中鄰近地面，地電流通過公共接地系統(tǒng)時所引進的干擾。

標準除了模擬雷擊外，還模擬變電所等場合，因開關(guān)動作而引進的干擾（開關(guān)切換時引起電壓瞬變），如：

  （1）主電源系統(tǒng)切換時產(chǎn)生的干擾（如電容器組的切換）。

  （2）同一電網(wǎng)，在靠近設(shè)備附近的一些較小開關(guān)跳動時的干擾。

  （3）切換伴有諧振線路的晶閘管設(shè)備。

  （4）各種系統(tǒng)性的故障，如設(shè)備接地網(wǎng)絡(luò)或接地系統(tǒng)間的短路和飛弧故障。

標準描述了兩種不同的波形發(fā)生器：一種是雷擊在電源線上感應(yīng)生產(chǎn)的波形；另一種是在通信線路上感應(yīng)產(chǎn)生的波形。

       這兩種線路都屬于空架線，但線路的阻抗各不相同：在電源線上感應(yīng)產(chǎn)生的浪涌波形比較窄一些（50uS），前沿要陡一些（1.2uS）；而在通信線上感應(yīng)產(chǎn)生的浪涌波形比較寬一些，但前沿要緩一些。后面我們主要以雷擊在電源線上感應(yīng)生產(chǎn)的波形來對電路進行分析，同時也對通信線路的防雷技術(shù)進行簡單介紹。

2、模擬雷擊浪涌脈沖生成電路的工作原理

     上圖是模擬雷電擊到配電設(shè)備時，在輸電線路中感應(yīng)產(chǎn)生的浪涌電壓，或雷電落地后雷電流通過公共地電阻產(chǎn)生的反擊高壓的脈沖產(chǎn)生電路。4kV時的單脈沖能量為100焦耳。

     圖中Cs是儲能電容（大約為10uF，相當于雷云電容）；Us為高壓電源；Rc為充電電阻；Rs為脈沖持續(xù)時間形成電阻（放電曲線形成電阻）；Rm為阻抗匹配電阻Ls為電流上升形成電感。

    雷擊浪涌抗擾度試驗對不同產(chǎn)品有不同的參數(shù)要求，上圖中的參數(shù)可根據(jù)產(chǎn)品標準要求不同，稍有改動。

基本參數(shù)要求：

（1）開路輸出電壓：0.5～6kV，分5等級輸出，*后上等由用戶與制造商協(xié)商確定；

（2）短路輸出電流：0.25～2kA，供不同等級試驗用;

（3）內(nèi)阻：2 歐姆，附加電阻10、12、40、42歐姆，供其它不同等級試驗用；

（4）浪涌輸出極性：正/負；浪涌輸出與電源同步時，移相0～360度；

（5）重復頻率：至少每分鐘一次。

雷擊浪涌抗擾度試驗的嚴酷等級分為5級:

1級：較好保護的環(huán)境；

2級：有一定保護的環(huán)境；

3級：普通的電磁騷擾環(huán)境、對設(shè)備未規(guī)定特殊安裝要求，如工業(yè)性的工作場所；

4級：受嚴重騷擾的環(huán)境，如民用空架線、未加保護的高壓變電所。

X級：由用戶與制造商協(xié)商確定。

      圖中18uF電容，可根據(jù)嚴酷等級不同，選擇數(shù)值也可不同，但大到一定值之后，基本上就沒有太大意義。

      10歐姆電阻以及9uF電容，可根據(jù)嚴酷等級不同，選擇數(shù)值也不同，電阻*小值可選為0歐姆（美國標準就是這樣）， 9uF電容也可以選得很大，但大到一定值之后，基本上就沒有太大意義。

3、共模浪涌抑制電路

        防浪涌設(shè)計時，假定共模與差模這兩部分是彼此獨立的。然而，這兩部分并非真正獨立，因為共模扼流圈可以提供相當大的差模電感。這部分差模電感可由分立的差模電感來模擬。

為了利用差模電感，在設(shè)計過程中，共模與差模不應(yīng)同時進行，而應(yīng)該按照一定的順序來做。首先，應(yīng)該測量共模噪聲并將其濾除掉。采用差模抑制網(wǎng)絡(luò)（Differential Mode Rejection Network），可以將差模成分消除，因此就可以直接測量共模噪聲了。

       如果設(shè)計的共模濾波器要同時使差模噪聲不超過允許范圍，那么就應(yīng)測量共模與差模的混合噪聲。因為已知共模成分在噪聲容限以下，因此超標的僅是差模成分，可用共模濾波器的差模漏感來衰減。對于低功率電源系統(tǒng)，共模扼流圈的差模電感足以解決差模輻射問題，因為差模輻射的源阻抗較小，因此只有極少量的電感是有效的。

     對4000Vp以下的浪涌電壓進行抑制，一般只需采用LC電路進行限流和平滑濾波，把脈沖信號盡量壓低到2~3倍脈沖信號平均值的水平即可。電感很容易飽和，因此，L1、L2一般都采用一種漏感很大的共模電感。

      用在交流，直流的都有，通常我們在電源EMI濾波器，開關(guān)電源中常見到，而直流側(cè)少見，在汽車電子中能夠看到用在直流側(cè)。

       加入共模電感是為了消除并行線路上的共模干擾（有兩線的，也有多線的）。由于電路上兩線阻抗的不平衡，共模干擾*終體現(xiàn)在差模上。用差模濾波方法很難濾除。

      共模電感到底需要用在哪。共模干擾通常是電磁輻射，空間耦合過來的，那么無論是交流還是直流，你有長線傳輸，就涉及到共模濾波就得加共模電感。例如：USB線好多就在線上加磁環(huán)。 開關(guān)電源入口，交流電是遠距離傳輸過來的就需要加。通常直流側(cè)不需要遠傳就不需要加了。沒有共模干擾，加了就是浪費，對電路沒有增益。

      電源濾波器的設(shè)計通?？蓮墓材：筒钅煞矫鎭砜紤]。共模濾波器*重要的部分就是共模扼流圈，與差模扼流圈相比，共模扼流圈的一個顯著優(yōu)點在于它的電感值極高，而且體積又小，設(shè)計共模扼流圈時要考慮的一個重要問題是它的漏感，也就是差模電感。通常，計算漏感的辦法是假定它為共模電感的1%，實際上漏感為共模電感的0.5% ～4%之間。在設(shè)計*優(yōu)性能的扼流圈時，這個誤差的影響可能是不容忽視的。

漏感的重要性

      漏感是如何形成的呢？緊密繞制，且繞滿一周的環(huán)形線圈，即使沒有磁芯，其所有磁通都集中在線圈“芯”內(nèi)。但是，如果環(huán)形線圈沒有繞滿一周，或者繞制不緊密，那么磁通就會從芯中泄漏出來。這種效應(yīng)與線匝間的相對距離和螺旋管芯體的磁導率成正比。

      共模扼流圈有兩個繞組，這兩個繞組被設(shè)計成使它們所流過的電流沿線圈芯傳導時方向相反，從而使磁場為0。如果為了**起見，芯體上的線圈不是雙線繞制，這樣兩個繞組之間就有相當大的間隙，自然就引起磁通“泄漏”，這即是說，磁場在所關(guān)心的各個點上并非真正為0。共模扼流圈的漏感是差模電感。事實上，與差模有關(guān)的磁通必須在某點上離開芯體，換句話說，磁通在芯體外部形成閉合回路，而不僅僅只局限在環(huán)形芯體內(nèi)。

      一般CX電容可承受4000Vp的差模浪涌電壓沖擊，CY電容可承受5000Vp的共模電壓沖擊。正確選擇L1、L2和CX2、CY參數(shù)的大小，就可以抑制4000Vp以下的共模和差模浪涌電壓。但如果兩個CY電容是安裝在整機線路之中，其總?cè)萘坎荒艹^5000P，如要抑制浪涌電壓超過4000Vp，還需選用耐壓更高的電容器，以及帶限幅功能的浪涌抑制電路。

      所謂抑制，只不過是把尖峰脈沖的幅度降低了一些，然后把其轉(zhuǎn)換成另一個脈沖寬度相對比較寬，幅度較為平坦的波形輸出，但其能量基本沒有改變。