浪涌沖擊形成的原理
電磁兼容領(lǐng)域所指的浪涌沖擊一般來(lái)源于開(kāi)關(guān)瞬態(tài)和雷擊瞬態(tài)。
開(kāi)關(guān)瞬態(tài) 系統(tǒng)開(kāi)關(guān)瞬態(tài)與以下內(nèi)容有關(guān)：
a）主電源系統(tǒng)切換騷擾，例如電容器組的切換；
b）配電系統(tǒng)內(nèi)在儀器附近的輕微開(kāi)關(guān)動(dòng)作或者負(fù)荷變化；
c）與開(kāi)關(guān)裝置有關(guān)的諧振電路，如晶閘管；
d）各種系統(tǒng)故障，例如對(duì)設(shè)備組接地系統(tǒng)的短路和電弧故障。
 雷擊瞬態(tài) 雷電產(chǎn)生浪涌（沖擊）電壓的主要原理如下：
a）直接雷擊于外部電路（戶外） ，注入的大電流流過(guò)接地電阻或外部電路阻抗而產(chǎn)生電壓；
b）在建筑物內(nèi)、外導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)電壓和電流的間接雷擊（即云層之間或云層中的雷擊或擊于附 近物體的雷擊，這種雷擊產(chǎn)生的磁場(chǎng)） ；
c）附近直接對(duì)地放電地雷電入地電流耦合到設(shè)備組接地系統(tǒng)的公共接地路徑。 當(dāng)保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，電壓和電流可能發(fā)生迅速變化，并可能耦合到內(nèi)部電路。
浪涌沖擊測(cè)試及相關(guān)要求
不同的電子、電氣產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)的要求是不同的，但這些標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于浪涌（沖 擊）抗擾度試驗(yàn)大多都直接或間接引用 GB/T17626.5-1999 （ IEC 61000-4-5:1995）：《電磁兼容 試驗(yàn)和測(cè) 量技術(shù) 浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)》這一國(guó)家電磁兼容基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，并按其中的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)。下面 就簡(jiǎn)要介紹一下該標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容、試驗(yàn)方法及相關(guān)要求。
適用范圍：
適用于電氣和電子設(shè)備在規(guī)定的工作狀態(tài)下工作時(shí)， 對(duì)由開(kāi)關(guān)或雷電作用所產(chǎn)生的有一定危害電平 的浪涌（沖擊）電壓的反應(yīng)。 該標(biāo)準(zhǔn)不對(duì)絕緣物耐高壓的能力進(jìn)行試驗(yàn)。該標(biāo)準(zhǔn)不考慮直擊雷。
試驗(yàn)內(nèi)容：
對(duì)電氣和電子設(shè)備的供電電源端口、信號(hào)和控制端口在受到浪涌（沖擊）干擾時(shí)的性能進(jìn)行評(píng)定。
試驗(yàn)?zāi)康模?/span>
評(píng)定設(shè)備在遭受到來(lái)自電力線和互連線上高能量浪涌(沖擊)騷擾時(shí)產(chǎn)品的性能。
試驗(yàn)發(fā)生器（雷擊浪涌發(fā)生器）

a）信號(hào)發(fā)生器的特性應(yīng)盡可能地模擬開(kāi)關(guān)瞬態(tài)和雷擊瞬態(tài)現(xiàn)象；
b）如果干擾源與受試設(shè)備的端口在同一線路中，例如在電源網(wǎng)絡(luò)中(直接耦合)，那么信號(hào)發(fā)生器 在受試設(shè)備的端口能夠模擬一個(gè)低阻抗源；
c）如果干擾源與受試設(shè)備的端口不在同一線路中(間接耦合)，那么信號(hào)發(fā)生器能夠模擬一個(gè)高阻抗源。 對(duì)于不同場(chǎng)合使用的產(chǎn)品及產(chǎn)品的不同端口，由于相應(yīng)的浪涌（沖擊）瞬態(tài)波形，各不相同，因此 對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)發(fā)生器的參數(shù)也各不相同。

例如：對(duì)交流電源端口，通常采用的是 1.2/50μs (8/20μs)組合波信號(hào)發(fā)生器；對(duì)電信端口，通常采用 的是 10/700μ s 的符合 CCITT要求的試驗(yàn)信號(hào)發(fā)生器。浪涌（沖擊）波形見(jiàn)上圖所示。

試驗(yàn)方法
浪涌（沖擊）測(cè)試一般應(yīng)在線進(jìn)行。測(cè)試時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的端口選擇對(duì)應(yīng)的波形發(fā)生器和相應(yīng)的耦合 /去耦單元，同時(shí)也應(yīng)注意不同狀 態(tài)下的信號(hào)源內(nèi)阻選擇。
4.4.2.6 試驗(yàn)等級(jí)及其選擇：

試驗(yàn)等級(jí)應(yīng)根據(jù)安裝情況來(lái)選擇。對(duì)較高等級(jí)測(cè)試時(shí)，試驗(yàn)應(yīng)滿足該表所列的較低等級(jí)。對(duì)具體的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，試驗(yàn)等級(jí)選擇往往已在相應(yīng)的產(chǎn)品或產(chǎn)品族標(biāo)準(zhǔn)中加以規(guī)定。  

試驗(yàn)環(huán)境
該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的環(huán)境條件：
環(huán)境溫度： 15℃~35℃
相對(duì)濕度： 10%~75%RH
大氣壓力： 86kPa~106kPa

試驗(yàn)布置
下圖是交 /直流電源端浪涌（沖擊）差模和共模試驗(yàn)配置示意圖。

用于電源端浪涌（沖擊）試驗(yàn)配置（差模方式）

試驗(yàn)實(shí)施
電源、信號(hào)和其他功能電量應(yīng)在其額定的范圍內(nèi)使用，并處于正常的工作狀態(tài)。 根據(jù)要進(jìn)行試驗(yàn)的 EUT 的端口類型選擇相應(yīng)的試驗(yàn)試驗(yàn)波形發(fā)生器和耦合單元及相應(yīng)的信號(hào)源內(nèi) 阻。使受試設(shè)備處于典型工作條件下，根據(jù)受試設(shè)備端口及其組合，依次對(duì)各端口施加沖擊電壓。每種組合應(yīng)針對(duì)不同脈沖極性進(jìn)行測(cè)試，兩次脈沖間隔時(shí)間不少于 1min。 對(duì)電源端子進(jìn)行浪涌測(cè)試時(shí)，應(yīng)在交流電壓波形的正、負(fù)峰值和過(guò)零點(diǎn)分別施加試驗(yàn)電壓。 對(duì)電源線和信號(hào)線應(yīng)分別在不同組合的共模和差模狀態(tài)下施加脈沖沖擊。 每種組合狀態(tài)至少進(jìn)行 5 次脈沖沖擊。 若需滿足較高等級(jí)的測(cè)試要求， 也應(yīng)同時(shí)進(jìn)行較低等級(jí)的測(cè)試， 只有兩者同時(shí)滿足， 我們才認(rèn)為測(cè) 試通過(guò)。 不同的產(chǎn)品或產(chǎn)品族標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)的實(shí)施可能根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)有特定的規(guī)定。
試驗(yàn)結(jié)果
若電快速速變脈沖群測(cè)試通不過(guò)，可能產(chǎn)生如下后果：
（ 1）引起接口電路器件的擊穿損壞。
（ 2）造成設(shè)備的誤動(dòng)作。
導(dǎo)致浪涌沖擊抗擾度試驗(yàn)失敗的原因
浪涌脈沖的上升時(shí)間較長(zhǎng)，脈寬較寬，不含有較高的頻率成分，因此對(duì)電路的干擾以傳導(dǎo)為主。主要體現(xiàn)在過(guò)高的差模電壓幅度導(dǎo)致輸入器件擊穿損壞， 或者過(guò)高的共模電壓導(dǎo)致線路與地之間的絕緣層 擊穿。由于器件擊穿后阻抗很低，雷擊浪涌發(fā)生器產(chǎn)生的很大的電流隨之使器件過(guò)熱發(fā)生損壞。
對(duì)于有較大平滑電容的整流電路，過(guò)電流使器件損壞也可能是首先發(fā)生的。例如，對(duì)開(kāi)關(guān)電源的高 壓整流濾波電路而言，浪涌到來(lái)時(shí)，整流電路和平滑電容提供了很低的阻抗，浪涌發(fā)生器輸出的很大的 電流流過(guò)整流二極管，當(dāng)整流二極管不能承受這個(gè)電流時(shí)，就發(fā)生過(guò)熱而燒毀。隨著電容的充電，電容 上的電壓也會(huì)達(dá)到很高，有可能導(dǎo)致電容擊穿損壞。
通過(guò)浪涌抗擾度試驗(yàn)應(yīng)采取的措施
雷擊浪涌試驗(yàn)有共模和差模兩種，因此浪涌吸收器件的使用要考慮到與試驗(yàn)的對(duì)應(yīng)情況。為保證使 用效果，浪涌吸收器件要用在進(jìn)線入口處。由于浪涌吸收過(guò)程中的 di/dt 特別大，在器件附近不能有信 號(hào)線和電源線經(jīng)過(guò)，以防止因電磁耦合將干擾引入信號(hào)和電源線路。此外，浪涌吸收器件的引腳要短； 吸收器件的吸收容量要與浪涌電壓和電流的試驗(yàn)等級(jí)相匹配。
雷擊浪涌試驗(yàn)的最大特點(diǎn)是能量特別大，所以采用普通濾波器和鐵氧體磁芯來(lái)濾波、吸收的方案基 本無(wú)效，必須使用氣體放電管、壓敏電阻、硅瞬變電壓吸收二極管和半導(dǎo)體放電管等專門的浪涌抑制器件才行。
浪涌抑制器件的一個(gè)共同特性就是阻抗在有浪涌電壓與沒(méi)浪涌電壓時(shí)不同。正常電壓下，它的阻抗很高，對(duì)電路的工作沒(méi)有影響，當(dāng)有很高的浪涌電壓加在它上面時(shí)，它的阻抗變得很低，將浪涌能量旁 路掉這類器件的使用方法是并聯(lián)在線路與參考地之間，當(dāng)浪涌電壓出現(xiàn)時(shí)，迅速導(dǎo)通，以將電壓幅度限 制在一定的值上。
壓敏電阻、瞬態(tài)抑制二極管和氣體放電管具有不同的伏安特性， 因此浪涌通過(guò)它們時(shí)發(fā)生的變化不同，下圖對(duì)浪涌通過(guò)這三種器件時(shí)的變化進(jìn)行了比較。

浪涌沖擊通過(guò)不同的抑制器件時(shí)的電壓波形示意圖

壓敏電阻
當(dāng)壓敏電阻上的電壓超過(guò)一定幅度時(shí)，電阻的阻值大幅度降低，從而浪涌能量泄放掉。 在浪涌電壓 作用下，導(dǎo)通后的壓敏電阻上的電壓（一般稱為鉗位電壓），等于流過(guò)壓敏電阻的電流乘以壓敏電阻的 阻值，因此在浪涌電流的峰值處鉗位電壓達(dá)到最高。
（ 1）優(yōu)點(diǎn)：峰值電流承受能力較大，價(jià)格低。
（ 2）缺點(diǎn)：鉗位電壓較高（取決于最大浪涌電流），一般可以達(dá)到工作電壓的 2～ 3 倍，因此電路 必須能承受這么高的浪涌電壓。另外，壓敏電阻隨著受到浪涌沖擊次數(shù)的增加，漏電流增加。如果在交 流電源線上應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致漏電流超過(guò)安全規(guī)定的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)，壓敏電阻會(huì)因過(guò)熱而爆炸。壓敏電阻的其 他缺點(diǎn)還有：響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，寄生電容較大。
（ 3）適用場(chǎng)合：直流電源線、低頻信號(hào)線，或者與氣體放電管串聯(lián)起來(lái)用在交流電源線上。
 瞬態(tài)抑制二極管（ TVS ）
當(dāng)TVS上的電壓超過(guò)一定幅度時(shí)，器件迅速導(dǎo)通，從而將浪涌能量泄放掉。由于這類器件導(dǎo)通后 阻抗很小，因此它的鉗位電壓很平坦，并且很接近工作電壓。
（ 1）優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)時(shí)間短，鉗位電壓低（相對(duì)于工作電壓） 。
（ 2）缺點(diǎn)：由于所有功率都耗散在二極管的 PN 結(jié)上，因此它所承受的功率值較小，允許流過(guò)的 電流較小。一般的 TVS 器件的寄生電容較大，如在高速數(shù)據(jù)線上使用，要用特制的低電容器件，但是 低電容器件的額定功率往往較小。
（ 3）適用場(chǎng)合：浪涌能量較小的場(chǎng)合。如果浪涌能量較大，要與其他大功率浪涌抑制器件一同使 用， TVS 作為后級(jí)防護(hù)。
氣體放電管
當(dāng)氣體放電管上的電壓超過(guò)一定幅度時(shí)，器件變?yōu)槎搪窢顟B(tài)，阻抗幾乎為零。這種導(dǎo)通原理與控制電感性負(fù)載的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)被擊穿的原理相同，只是這里兩個(gè)觸點(diǎn)之間的距離和氣體環(huán)境是控制好的，可使 擊穿電壓為一個(gè)確定值。氣體放電管一旦導(dǎo)通后，它上面的電壓會(huì)很低。
（ 1）優(yōu)點(diǎn)：承受電流大，寄生電容小。
（ 2）缺點(diǎn)：響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。另外，由于維持它導(dǎo)通所需要的電壓很低，因此當(dāng)浪涌電壓過(guò)后，只要 加在氣體放電管上的電壓高于維持電壓， 它就會(huì)保持導(dǎo)通， 在交流場(chǎng)合應(yīng)用時(shí)， 只有當(dāng)交流電過(guò)零點(diǎn)時(shí)， 它才會(huì)斷開(kāi)，因此會(huì)有一定的慣用電流。由于跟隨電流的時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致放電管觸點(diǎn)迅速燒毀，從而 縮短放電管的壽命。
（ 3）適用場(chǎng)合：信號(hào)線或工作電壓低于導(dǎo)通維持電壓的直流電源線上（一般低于 10V）；與壓敏電阻組合起來(lái)用在交流電源線上。
氣體放電管和壓敏電阻組合應(yīng)用
氣體放電管和壓敏電阻都不適合單獨(dú)在交流電源線上使用。
氣體放電管的問(wèn)題是它的電流效應(yīng)。 壓 敏電阻的問(wèn)題是隨著受浪涌作用的次數(shù)增加交流漏電流增加。 一個(gè)實(shí)用的方案是將氣體放電管與壓敏電 阻串聯(lián)起來(lái)使用。 如果同時(shí)敏電阻上并聯(lián)一個(gè)電容，浪涌電壓到來(lái)時(shí)， 可以更快地將電壓加到氣體放電 管上，縮短導(dǎo)通時(shí)間。 這種氣體放電管與壓敏電阻的組合除了可以避免上述缺點(diǎn)以外， 還有一個(gè)好處就是可以降低限幅電 壓值。在這里可以使用導(dǎo)通電壓較低（低于工作電壓）的壓敏電阻。從而可以降低限幅電壓值。 該連接方式對(duì)浪涌電壓的抑制作用如圖所示。

浪涌經(jīng)過(guò)壓敏電阻和氣體放電管后，會(huì)殘留一個(gè)較窄的脈沖，這是由于氣體放電管導(dǎo)通點(diǎn)較高所致。由于這個(gè)脈沖較窄，因此很容易用低通濾波器濾除。實(shí)用的浪涌防護(hù)電路是在浪涌抑制器的后面加低通 濾波器。
地線反彈的抑制
當(dāng)并聯(lián)型的浪涌抑制器發(fā)揮作用時(shí)，它將浪涌能量旁路到地線上。由于地線都是有一定阻的，因此，當(dāng)電流流過(guò)地線時(shí)，地線上會(huì)有電壓。這種現(xiàn)象一般稱為地線反彈。地線反彈對(duì)設(shè)備的影響如下：
（ 1）浪涌抑制器的地與設(shè)備的地不在同一點(diǎn)，設(shè)備的線路實(shí)際上沒(méi)有受到保護(hù)，較高的浪源電壓 仍然加到了設(shè)備的電源線與地之間。 解決辦法是在線路與設(shè)備的外殼 （地）之間再并聯(lián)一只浪涌抑制器。
（ 2）浪涌抑制器的地與設(shè)備的地在同一點(diǎn)，這時(shí)，該臺(tái)設(shè)備的線路與地之間沒(méi)有浪涌電壓，受到了保護(hù)，但是如果這個(gè)設(shè)備與其他設(shè)備連接在一起，另一臺(tái)設(shè)備就要承受共模電壓。這個(gè)共模電壓會(huì)出現(xiàn)在所有連接設(shè)備1與設(shè)備2的電纜上。解決的方法是在互連電纜的設(shè)備2一端安裝浪涌抑制器。
浪涌抑制器件的正確使用
需要注意的是，浪涌抑制器件的壽命總會(huì)失效。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，應(yīng)該便于更換 浪涌抑制器件。并且，當(dāng)浪涌抑制器件失效時(shí)，應(yīng)該有明顯的顯示，提醒維護(hù)人員進(jìn)行更換。浪涌抑制器件的失效模式一般為短路，這可以稱為安全模式。因?yàn)楫?dāng)浪涌抑制器短路時(shí)，線路會(huì)出現(xiàn)故障，從而 提醒維修人員更換浪涌抑制器。但是，也有開(kāi)路失效模式的可能性，這時(shí)往往會(huì)給設(shè)備帶來(lái)潛在危險(xiǎn)，因?yàn)樵O(shè)備會(huì)直接處于沒(méi)有保護(hù)的狀態(tài)下。

推薦型號(hào)：

雷擊/浪涌發(fā)生器

 CWG 520: 3x400V / 16A

 CWG 1500: 1.2/50 μs_8/20μs / 4.4kV

 CWG 2500: 1.2/50 μs_8/20μs / 4.4kV / 觸摸屏

Schl?der施羅德授權(quán)代理商：蘇州威銳科電子有限公司