电磁兼容性（EMC）保护措施

??? 摘要：理想的电子产品应该能够抵御任何外部的电磁干扰。采取线性滤波、合理的线路板布局、正确的电源设计和屏蔽措施可以有效地减少有源干扰。电磁干扰主要来自电源或由容性、磁性、电磁元件通过空气辐射传播，本文主要讨论如何保护设备不因外界有害电压或电流的冲击而损坏。??? 关键词：EMC? ESD? 电磁兼容性? 隔离
??? 有关部门很早就认识到EMC保护的重要性，并制定了相应的设备兼容性标准。例如，IEC1000-4标准测试方法，其中包括： IEC1000-4-2静电放电(ESD)测试方法， IEC1000-4-4快速瞬变(FTB)测试方法和IEC1000-4-5高能量瞬态响应(浪涌)测试方法，所有的测试方法都以电噪声的实际模型为准则。一、EMC保护电路??? 隔离??? 因为信号电路无法承受千伏级电压，这种干扰必须排除在输入电路之前，可以将其转变成电流信号、然后转化成热量消耗掉。地回路电流可以进入接口并流过整个电路，一般需要电流隔离。在连接线较长或地回路电流较大的工业系统中，隔离是一种行之有效的办法。??? 一个峰值为30A的ESD脉冲在地线上会产生几十豪伏的电阻压降，但是它陡峭的上升时间（30A/ns）可以在同样的线路上（假设线电感为1nH/cm）产生高达几百伏的感应电压，足以导致错误数据的产生，如此高的频率将产生集肤效应，使线电阻显著增加。为了抵消这种效应，需要采用大面积接地以获得低阻特性。??? 快速上升脉冲将产生FTB和ESD干扰，通过电容耦合到低噪声区域。在解决这个问题时，经常有人错误地在主电源变压器上增加额外的绕组来提供一个隔离的电源，这种方法只能导致干扰进一步扩散，使整个电路受到影响。??? 一种低成本的解决方案是采用MAX253驱动器构成前向电压转换器，提供隔离电压。MAX253具有小的封装，可提供有效的噪声屏障。微型变压器要求耦合电容低于10pF、功率1W、隔离电压为1kV（见图1）。??? 气体放电管??? 一种充满氖气的蝶形电容器。电压超过100V时产生一个等离子区能够限制最高电压，它可以承受较大的电流，具有较小的漏电流。气体放电管可吸收高压瞬态脉冲，但是，由于生成等离子区需要一定的时间，它不能吸收快速瞬变脉冲，不能用作主要保护手段。??? 压敏电阻器??? 一种由金属氧化物（主要为锌）制成的保护器件。它的功能近似于齐纳二极管，响应速度比气体放电管快，但漏电流比较高，尤其是在信号接近于钳位电压时。??? Transzorb二极管??? 用于限制低压信号的快速瞬变，其功率耗散能力受其尺寸的制约。同压敏电阻类似，在接近击穿电压时有较大的漏电流。节点电容较大，在快速瞬变系统中用二极管桥退耦。??? ESD结构??? 一种新颖的设计方案，它将双向二极管集成在MAX202E，MAX485E和其他RS-232/RS-485收发器芯片中（新推出的模拟开关，如MAX4558，也集成类似功能）。它们具有低电容和低漏电流特性，适合于ESD和FTB保护。??? 扼流圈、铁氧体??? 能衰减高频和快变电压峰值，但不能吸收额外能量。为避免谐振，总是和电容衰减器一同使用（类似于T型结构的LC滤波器），这些器件经常用来抑制共模干扰并作为主要滤波器件。??? 电容器??? 是重要的保护元件之一，具体应用中需要考虑的参数包括：等效串联电阻(ESR)、磁感应系数、额定电流和额定电压。??? 串联电阻??? 是重要且廉价的保护器件之一，适当地选定电阻值和功率耗散值，可以替代许多昂贵的保护器件。二、EMC保护电路的应用??? 热电偶??? 为避免由于地环路电流的影响造成信号失真，多数热电偶应用中在信号采集和信号处理之间提供