电子线路中的EMC标准与EMC设计

　　TVS管是一种二极管形式的高效能保护器件。当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件免受各种浪涌脉冲的损坏。由于它具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点，目前已广泛应用于计算机系统、通信设备、交/直流电源、汽车、电子镇流器、家用电器、仪器仪表、RS232/422/423/485、I/O、LAN、ISDN、ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、 CDMA、GSM、数字照相机的保护、共模/差模保护、RF耦合/IC驱动接收保护、电机电磁波干扰抑制、声频/视频输入、传感器/变速器、工控回路、继电器、接触器噪声的抑制等各个领域。

　　（2） TVS管的选取

　　计算选取时应注意以下几点：

　　① TVS额定反向关断电压VWM应大于或等于被保护电路的最大工作电压。
　　② 最小击穿电压VBR=VWM/KBR (其中，KBR=0.8～0.9)。
　　③ TVS的最大箝位电压VC应小于被保护电路的损坏电压，即VC=KC×VBR (其中，KC=1.3)。
　　④ 在规定的脉冲持续时间内，TVS的最大峰值脉冲功耗PM必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。在确定了最大箝位电压后，其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。

　　3.3.3 TVS管与压敏电阻器的比较

　　目前，国内不少需进行浪涌保护的设备上使用的是压敏电阻器。TVS管一般用于电快速瞬变脉冲群的防护，其特性比压敏电阻器优越得多，具体特性参数的比较表5所列。

　　表5 TVS管与压敏电阻器的比较

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　　3.4 应用实例

　　3.4.1 交流电路

　　图4为微机电源采用TVS管作线路保护的原理图。

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图4 微机电源部分原理图

　　下面就图4中的线路保护加以说明。

　　① 在进线的交流220 V处加双向TVS管D1，以抑制220 V交流电网中的尖峰干扰。双向TVS管D1的

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　　选取D1时根据上述参数，通过查表即可得到。
　　② 在变压器进线处加上抗干扰的电源线滤波器，以消除小尖峰干扰。
　　③ 在变压器输出端交流20 V处加上双向TVS管D2，再一次抑制干扰。双向TVS管D2的

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　　选取D2时根据上述参数，通过查表即可得到。
　　④ 整流滤波输出直流10 V时，加上单向TVS管D3抑制干扰。单向TVS管D3的

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　　选取D3时根据上述参数，通过查表即可得到。

　　通过如上4次抑制，得到了所谓的“净化电源”。为了防雷击等浪涌电压，还可在交流220 V进线端加上压敏电阻器，以便更有效地防止干扰进入计算机的CPU及存储器中，从而进一步提高系统的可靠性。

　　3.4.2 DCDC电路

　　图5是一个直流电源的前级抑制干扰原理图。

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图5 直流电源部分原理图

　　图5中，KZ、KF外接24 V直流电源；YR1为压敏电阻器，VmA＝1.5×24 = 36 V，用于抗浪涌冲击；L1、L2、C1和C2构成平衡型LC滤波器，抑制差模干扰；L3为共模电感，用于抑制共模干扰；TVS1用于抑制电快速瞬变脉冲群干扰。注意，如果GND不能通过机壳接地，则必须要加TVS2接KF，目的是把瞬变脉冲干扰信号“导”向大地。

　　结语

　　国内外对电磁环境和干扰的研究工作，多年来一直沿着两个方面并行推进：一方面是研究器件的噪声物理特性，探索克服元器件噪声的新方法，其成果用于设计和开发具有更强功能的新型电子器件；另一方面是研究影响电子电路和电子设备电磁兼容的各种因素，总结增强电子设备电磁兼容性的各种方法，其成果用于设计和开发更为理想的电路结构，组装出符合预期应用环境的电子装置、设备和系统。对电子线路设计者来说，主要考虑后者。电子线路中的EMC设计，实际上主要是“堵”和“导”的方法；“堵”的方法是抑制干扰，不让干扰进入系统；“导”的方法是把内部的干扰信号泄露出来。因此，在实际应用中往往多种方法并用，以提高整个系统的可靠性。

　　编者注： 本文为期刊缩略版，全文见本刊网站www.mesnet.com.cn。

　　参考文献

　　[1] 陈淑凤. 电磁兼容试验技术[M]，北京：北京邮电大学出版社，2001.
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　　[4] 郑军奇. EMC(电磁兼容)设计与测试案例分析[M]. 北京：电子工业出版社，2006.
　　[5] EN501214. 2000 Railway applicationsElectromagnetic compatibilityPart 4：Emission and immunity of the signalingand telecommunications apparatus, 2000.
　　[6] 钱振宇. 开关电源的电磁兼容性设计与测试[M]. 北京：电子工业出版社，2005.

　　陈建明（博士、副教授），主要研究方向为信号处理与识别、嵌入式系统等。