高壓窄脈沖干擾消除方法分析

電光調Q是一種高壓窄脈沖，具有高電壓、大電流、寬頻帶范圍強干擾的特性，電子設備在如此干擾的環境中，往往出現死機、誤動作、花屏、甚至燒損等故障，這類故障的形成原因復雜，使用傳統的處理故障手段力所不及。

一 窄脈沖頻帶寬度分析

LH-T100模塊具有高壓脈沖速度為5~10nS的特定，高壓恢復時間約10uS，輸出退壓波形如圖1所示；

參考文獻：“基于 MOS開關的高頻高壓脈沖源中電磁兼容問題研究”一文中，分析了一個脈沖源的輸出可以視為一個矩形周期信號, 脈寬110nS , 重復周期80kHz, 波形如圖2所示。

經過分析可知,脈沖信號的主帶寬為9.1MHz。比一般的低頻率脈沖信號的主帶寬要高,同時由于脈沖信號幅值為4kV，帶外頻率的干擾也不能忽視,這樣干擾信號的頻譜分布范圍更寬。在低頻段其產生的干擾以近場干擾為主,高頻段以輻射干擾為主,需要在電磁兼容措施中區別考慮。

作者使用3DB帶寬及RMS頻率含義，當技術指示從模擬領域轉換到數字領域的時候，通常需要將頻率響應轉換成上升時間。例如，示波器制造商通常會給每個垂直放大器標出一個**工作帶寬，也為每個探頭號標出相應的**帶寬。但在有些時候，某些制造商可能采用的是一個3DB帶寬或一個RMS帶寬。無論哪種情況，帶寬和上升時間之間的轉換都將取決于示波器頻率響應曲線的**波形。通常我們并不需要計算出一個**的上升時間，針對本書的使用目的，這里建立了一個便于使用的近似關系式，從而可以忽略有關頻率響應**波形的復雜細節。在下面的變換中，我們將頻率響應轉換為10~90%上升時間。無論我們規定上升時間是采用10~90%形式，還是采用脈沖中心低斜率的倒數，或是標準偏差方法的形式。相對于高度和定位數字電路問題時所需的**度，其結果幾乎沒有差別。

F3db=KT

F=脈沖響應下降3DB時的頻率值

T=脈沖上升時間（10~90%）

K=比例常數，取決于具體的脈沖波形：對于高斯脈沖，K=0.338：對于單極型指數衰減脈沖，K=0.350。

如果我們把脈沖類型從高斯脈沖換成一個單極型指數衰減脈沖，第二式中的常數也相應地從0.338變成0.350。對于大多數的數字設計，如此細微的差別完全可以忽略。

電光調Q的窄脈沖沿大約5nS~10nS；那么使用公式計算頻帶**脈沖：

Fmax—3db=0.355*10^-9=700MHz

最小脈沖頻帶為：

Fmin—3db=0.3510*10^-9=350MHz

所以脈沖干擾能量主要集中在這些頻帶，為做干擾脈沖消除提供了理論基礎。

二 ?脈沖源傳播路

電磁干擾傳播路徑分為輻射干擾和傳導干擾, 輻射干擾通過空間傳播, 傳導干擾通過電路傳播。經過分析可知, 脈沖源中的干擾同樣按照傳播路徑不同可以分為以下幾種:

l脈沖輸出及開關電路產生的輻射于擾通過空間傳播,將影響5V及驅動電路的PCB 線路板及信號線。

2 MOS開關模塊產生的傳導干擾將沿線影響5V直流源和觸發信號的驅動電路。在電磁兼容設計中需針對不同的干擾傳播路徑采取相應的抑制措施。

三 脈沖干擾消除措施

3.1 電磁屏蔽

屏蔽分為主動屏蔽和被動屏蔽。主動屏蔽是將干擾源限制在一定空間內。被動屏蔽是對敏感設備的保護,將干擾隔離在外。按照屏蔽的場的類型可以分為電屏蔽、磁屏蔽和電磁屏蔽。其中電屏蔽主要針對近場包括對靜電和低頻電場的屏蔽; 磁屏蔽是對近場包括橫流磁場和低頻磁場的屏蔽;電磁屏蔽是對輻射場的屏蔽。要實現對場的屏蔽必須選擇好屏蔽材料。電屏蔽和電磁屏蔽的材料一般是良性導體, 磁屏蔽則主要依賴高導磁材料所具有的低磁阻使得屏蔽體內部(外部) 的磁場大大減弱。以往的屏蔽設計多采用銅、鋁材料, 但是它們的磁導率低 ,對于磁屏蔽的效果幾乎為零。

傳統用于屏蔽盒設計的銅、鋁材料其相對磁導率都比較低而被舍棄, 最終確定選取鐵材料做脈沖源的屏蔽盒。

3.2 濾波電路設計

共模干擾實質是干擾電流在電纜中的所有導線上的幅度、相位相同, 其電流是在電纜與大地之間形成的回路中流動。差模干擾, 是指干擾電流在信號線與信號地線之間流動的干擾。在信號電纜中,差模電流主要是電路的工作電流。共模扼流圈是將信號線及其回線繞在同一磁芯上。

脈沖信號的主頻帶帶寬為500MHz，干擾信號的頻譜則更為寬廣,因此工作頻率成為選擇鐵磁材料的關鍵因素。經過對比發現金屬性材料的工作頻率**僅為500 kHz,磁性粉材料也僅為1MHz,對更高頻率的干擾信號抑制作用不強。以往選用的錳鋅鐵氧體材料同樣存在這樣問題。只有鎳鋅鐵氧體的工作頻率在百兆赫, 最終可以確定鎳鋅鐵氧體為繞制共模電感的材料。

四 干擾消除模塊

根據以上分析，這里采用措施如圖5.兩級共模濾波加6kV隔離電源模塊隔離的措施進行干擾消除，徹底消除圖4所示的干擾路徑。一級共模濾波采用日本TDK公司生產的共模線圈，具有較寬的頻帶抑制功能，6kV隔離模塊采用國產軍工高低溫隔離模塊，具有短路保護，過熱保護等特點，穩定可靠，二級濾波采用鎳鋅鐵氧體瓷材料，消除100MHz以上的射頻干擾，三種解決措施，同時作用，將傳統的高壓窄脈沖消除到未加措施的1~5%水平。

圖6的模塊型號為：H1212-5-EMC，他和電光調Q模塊的連接方式為圖8所示

安裝示意圖如圖9所示。將2kHz模塊置于H1212-5-EMC底部，中間使用銅柱支撐。

作者 艾克思科技 胡總監，歡迎技術探討。