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- Engineer It 系列:了解模拟I / O模块的瞬态抗扰度
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大家好!
我叫 Kevin Duke。
我是德州仪器 (TI) 的
模拟应用工程师。
今天,我将介绍器件损坏和瞬变
抗扰性的基础知识。
这是新的原始的 TI IC。
这是遭受 EOS(即电气过载)后的
IC。
EOS 是指超出指定器件的
绝对最大规格的任何电压
或电流。
通常,EOS 损坏的根本原因
是由器件的 ESD 保护单元引发的,
这种保护单元专用于处理低功耗事件。
屏幕上的图形展示了具有 ESD 保护功能的
通用 I/O 板。
钳位 2 和 3 将保护输入级
并可视为二极管。
如果发生伴随足够的电压和电流的瞬变,
那么这些钳位将转移电导。
当这些钳位导电时,器件
可能遭到损坏,表现出参数退化
或完全丧失功能。
在工业应用中,需要
保护器件免受这些瞬变的影响,
从而增强可靠性。
名为 IEC61000-4 的试验标准会对这些 EOS 事件进行仿真,
为那些证实能够抵抗
瞬变 EOS 干扰的产品颁发认证。
此标准先进行叫作 IEC61000-4-2 的
静电放电 (ESD)抗扰性试验。
这项试验对操作员直接在电子
组件上进行静电放电进行仿真。
为了对该事件进行模拟,ESD 发生器
将 ESD 脉冲施加到受试设备 (EUT),
可采用此照片中所示的空气放电方式,
也可采用这两张照片中所示的
垂直或水平间接耦合板。
这项试验的特点是上升时间短、
脉冲持续时间短到低于 100 纳秒、
电压高(高达15 KV)以及电流小。
这项试验需要对每个
正负极进行至少 10 次放电。
许多设备制造商将 ESD 试验
视为所有试验中优先级最低的试验,
因为 ESD 的发生仅限于 I/O 模块的安装和
维护工作中。
在这些活动期间,操作员
应穿戴 ESD防护服,
并应在接触模块之前特意进行
自身放电。
IEC61000-4-4 是一项脉冲群抗扰性
或电快速瞬变试验。
许多制造商认为这项试验
最重要,因为该试验对工业应
用领域中的日常开关瞬变进行了仿真。
此试验作用于电源、信号和地线,
或其中一部分,具体取决于哪些适用于 EUT。
在此项试验中,脉冲群发生器产生一系列
持续时间为 15毫秒、脉冲率为 5 kHz 的
瞬时脉冲。
两个瞬时脉冲之间的间隔时间为 300 毫秒。
这些信号通过耦合沟道进入系统,
如此处所示。
此试验脉冲的重要特性在于
其短暂的上升时间、高重复率
和能量。
相对于峰值电压 15kV 的 ESD 脉冲,
虽然 EFT 脉冲的峰值电压
仅为 4kV,但 EFT 脉冲提供的能量超过其两倍以上。
此外,此项试验要求应用六个
持续时间为10 秒的
瞬时脉冲帧,两帧之间有 10 秒的暂停间隔。
整个 EFT脉冲序列
比 ESD 脉冲提供的能量大四个数量级。
虽然从电流和持续时间的角度看,
浪涌抗扰度试
验 IEC61000-4-5 是最严格的瞬变抗扰性试验,
但是其应用通常局限于较长的信号和电源线
(长度大于 30 米)和高电压
系统(输出或输入
大于 60 伏)。
这项试验对由日常雷击
或电力系统切换(包括
负载变化和短路)引起的
开关瞬变进行仿真。
这项试验的一个特点是高电流,
其原因在于发生器输出阻抗较低;另一特点是脉冲持续时间长,
比 ESD 和脉冲群试验的时间长约 1,000 倍,
这意味着很高的能量脉冲。
这项试验需要 5 个正浪涌脉冲和 5 个
负浪涌脉冲,两个相继脉冲之间的时间间隔
为 1 分钟或更短。
这张照片显示了浪涌抗扰度试验的设置。
使用大隔离器来保护辅助设备
(如万用表和电源),
防止其在试验期间损坏。
只要系统在接受这些试验
之后不会遭到永久损坏,
便表示其通过了试验。 通过试验的
单元将获得
不同类别的结果。
A 类系统即使在承受瞬变信号的
过程中也能够在指定的误差范围内正常工作。
B 类系统在承受瞬变的过程中会表现出
性能下降,但能自动恢复。
最后,C 类系统在遭遇瞬变事件后
需要进行外部交互才能恢复。
总之,了解和利用
所有 IEC 瞬变信号的四个基本属性
有助于为系统提供可靠的抗扰性。
它们是可能重复出现并可能
产生强电流的高电压信号和高频率信号。
有关详细信息,请访问以下 URL。
课程介绍
共计12课时,1小时49分25秒
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