五. 防护设计学习笔记
防护设计学习笔记
一. 浪涌防护设计基础
1.由变频器空载、电机启动、开关开启等引起的瞬时过电压，叫做浪涌。
2.浪涌模拟波形1.2/50us(8/20us)：发生器输出开路时，输出波形式1.2/50us的开路电压波；发生器输出短路时，输出波形是8/20us的短路电流波。用于设备端口过电压耐受性水平测试。
雷击测试：开路输出电压峰值（4KV）/短路输出电流峰值（2KA）=有效输出阻抗为2Ω
3.实验发生器模拟瞬态干扰：
A：如果骚扰源与EUT在同一线路中，直接耦合，例如电源网络，那么发生器可以在EUT端口模拟低阻抗远。
B：如果骚扰源与EUT不在同一个线路中，属于间接耦合，那么发生器可以在EUT端口模拟高阻抗源。
浪涌发生器内阻取决于：
电缆，导体、线路种类（交流电源、直流电源、互联网等）
电缆、线路长度
户内、户外状况
实验电压的施加（线-线或线-地）
2Ω表示低压电源网络对地的源阻抗
12Ω（10Ω+2Ω）低压电网对地的源阻抗 42Ω（40Ω+2Ω）其他所有线路对地的源阻抗
浪涌的防护通常不采取电容（耐压要求）或电感（通流要求）进行浪涌防护保护，成本高，残压不能精确控制。一般采用TVS、TSS等防护器件。
二．产品静电干扰防护设计
1.静电放电特点及类型
高电位（几千伏）、强电场（高压距离近）、瞬时大电流（几十安）传导
有强烈的电磁辐射形成电磁脉冲 辐射
非常复杂的物理过程，很难重复（与温湿度、产品结构及接触速度有关）
2.标准人体静电模型
标准：汽车行业人体参数为330pF/2KΩ 17626.2采用150pF/330Ω
静电防护器件选防护速度快的，滤波设计滤高频，有场辐射。
3.静电放电现象分类
A．直接对电子器件放电（集成/分立器件）
B．直接对电子设备/装置放电（外壳、连接器等）
C．间接放电（空间电场辐射）
4.直流放电电流路径——接地、分布电容
ESD问题：PCB板地完整性 多层板 表层铺地
三. 产品静电防护
在4500KV的情况下，一平方厘米的信号回路可以感应出3伏的感应电动势
1.ESD设计对策：接口电路保护 信号回路与屏蔽设计 PCB地设计
2.常用静电防护器件：
瞬态抑制器件：TVS管、叠层压敏电阻、高分子ESD保护器件等
电容器件：分流
铁氧体磁珠、电阻器件：分压
3.ESD保护器件选型
A．电源端口静电防护：
TVS管选型：Vrwm>Vdc工作电压，功率200W以上可以；
通常采取磁珠作为分压器件。（电阻有压降）
B．信号端口：
TVS管选型：Vrwm>Vdc工作电压，功率200W以上可以；
结电容对信号传输影响，频率越高，结电容也要越小；
分压器件通常选择磁珠或电阻，电阻阻值越大会影响信号幅值，磁珠会影响信号传输
4.PCB板级静电防护
防护器件靠近接口位置 TVS管走线要短
双面单板从就近地回流，需要就近布置地线，远端大面积对信号回路没有意义，避免地跨分割，悬空
局部结构屏蔽——易受干扰电路或模块采用局部金属结构屏蔽
金属连接器需要与结构360度塔接，有利于静电通过外壳泄放，从而减少对单板影响
5.结构防静电设计
边沿做迷宫结构
塑胶壳尽量不要开散热孔，如果有开孔需要保持间隙足够长
外部金属螺钉与单板内部间距要求
6.验钞机静电案例分析
问题：地平面完整性设计
单板为双面板设计，单面贴器件，密度大，地平面碎而不完整，容易受到外部干扰
测试过程：耦合板测试，单板背面贴一层铜箔，与内部数字地接，干扰减小
整改：接口 接地 信号回路
四.EOS防护设计（过度电性应力）
1.常见的EOS：热拔插产生的尖峰电压电流、开关电流上电瞬间产生的尖峰电压电流、ESD等
2.EOS产生原因
外接雷电引起的感应浪涌
产生、品的接口热插拔而引起的感应浪涌
特殊环境下的大电流存在，电源瞬间上电引起的尖峰电压
因不良接地而导致地平面的噪声过大（即电压差）
ESD静电干扰
受其他电场的干扰而引起内部器件损坏
电路板上的开关电路可能会导致电路板内部出现高压尖峰，进而传播到电路板上其他器件
I／Ｏ开关产生电压过冲或下冲
3.EOS测试标准——浪涌测试标准
EOS防护——防护器件耐电流
五．交流电源端口浪涌设计
线-线——压敏电阻MOV）
线-地——压敏电阻+GDT（有漏电流）
六．直流电源端口（48V）
1.TVS管选型：电源最大电压48*1.2—VRWM=60V，VBR=VWRM*1.2
2.压敏电阻：电源最大电压48*1.2，VRWM=Vmax*1.5
七．信号端口防护设计
信号接口：通常采用GDT、TVS、TSS，MOV结电容较大，影响信号传输
电源端口：通常采用MOV与TVS，6TSS与GDT有条件应用
设备接口：通常采用MOV、GDT、TVS、TSS等
八．汽车电子防护设计
1.瞬态干扰：稳定系统突然发生变化所引起的现象，在变化过程中会产生瞬间、短暂的电流或电压脉冲现象，其瞬间脉冲的延续时间极短，从毫秒至微妙不等