电子产品的雷击浪涌防护标准及测试（IEC61000-4-5）

1.弁言

经由对直接雷击、传导雷击和感应雷击三种紧张形式的深入研究，人们建立了雷电感应和高压反击的理论，明确了金属线上高压雷电波的传输规律。
在此根本上，发明了间隙串联保险丝避雷器、无间隙氧化锌避雷器、瞬态过电压浪涌抑制器(TVS)。

2.雷击浪涌的机理和综合防护

虽然我们对直接雷击和传导雷击的灾害性毁坏采纳了良好的保护方法，但间接雷击（如云中的雷击，或附近物体的雷击）仍旧可以在室外架空线上感知浪涌电压和电流。
此外，在电站或开关站，大型开关怀换时候也会感应到供电线路上的大浪涌电压和电流。
这两种浪涌的共同特点是能量特殊大（与能量比较，静电放电为皮肤焦耳水平，快速脉冲组为毫焦耳水平，雷击浪涌为数百焦耳水平，是前两个数量的数百万倍），但波形缓慢（微秒水平，静电和快速脉冲组为纳秒水平，乃至纳秒水平），重复频率低。
电磁兼容领域所指的浪涌常日来自开关瞬时和雷击瞬时。

瞬态抑制二极管

2.1开关瞬态

系统开关瞬态与以下内容有关：主电源系统切换骚扰，如电容器组切换；配电系统附近轻微的开关动作或负载变革；与开关装置干系的谐振电路，如晶闸管；设备接地系统短路、电弧故障等各种系统故障。

2.2雷击瞬态

雷击产生的浪涌（冲击）电压的紧张来源如下：外部电路（室外）直接雷击，注入的大电流利过接地电阻或外部电路阻抗产生浪涌电压；在建筑物内，感应电压和电流间接雷击在外部导体上产生；雷电接地电流与设备组接地系统的公共接地路径耦合。
如果有雷击保护装置，当保护装置移动时，电压和电流可能会迅速变革，并与内部电路耦合，这仍旧会产生瞬态冲击。

因此，电子设备的浪涌（冲击）保护已成为电子产品设计职员必须面对和解决的问题。
干系浪涌保护标准及实在验为电子产品浪涌（冲击）保护设计的符合性确定供应了依据和手段。

2.3(雷击)浪涌综合防护

为有效保障职员、环境和设备免受(雷击)浪涌的危害，须要一套系统全面的综合防护体系。

在保护系统的设计中，保护区域应根据雷电损伤的概率和保护工具对雷电的敏感性进行划分，并确定相应的雷电保护等级和相应的保护方法，形成三维深度（雷击）浪涌保护系统。

根据各分区的特点，采纳的防护方法有：

(1)利用雷电接闪器(避雷针、避雷带等)及其系统在建筑物或系统外高处防止直击雷的侵害。

(2)将泻流装置安装在进入建筑物或系统传输导体上，分流雷电能量，防止传导雷击。

(3)采取等电位连接办法接地建筑物或系统设备，防止直接雷击通过接地反击。

(4)多级电磁屏蔽用于减少或限定建筑物或设备内感应雷击过电压的产生。
这些屏蔽包括建筑物屏蔽、电子系统设备室屏蔽、设备外壳屏蔽和旗子暗记管道屏蔽。

(5)过电压/过流保护器用于外部电源或旗子暗记进入建筑物或系统的传输通道，防止其危害保护工具，即过电压保护器(如过电压限定器或浪涌接管器等。
)安装在电源电路、旗子暗记接口等电路中，通过限定器将产生的过电压钳置于限定值以下，确保系统设备或部件不受非常动作或破坏。
过电压保护器的设置或选择应根据其保护系统的主要级别或系统电路的接口办法进行综合考虑。

每个部分的详细履行和安装都有相应的标准哀求。
只要上述防护方法根据其分区和位置的特点知足相应的防护标准哀求，就可以形成完全的当代防雷系统，有效保护职员、环境和设备免受（雷击）浪涌的侵害。

3.电子产品浪涌(冲击)抗滋扰标准及试验

3.1常用的防雷标准及实在用范围

3.1.1建筑设计的防雷标准

a) GB50057-94 (2000)修订版《建筑防雷设计规范》

规定了一样平常建筑的防雷设计哀求，使建筑能够根据当地情形采纳适当的防雷方法，防止或减少雷击建筑造成的人身伤亡和财产丢失。

b)GB50174-93《建筑防雷设计规范》

适用于建筑面历年夜于或即是140㎡的主机房设计。
本规范不适用于工业掌握打算机房和微机房。

c)IEC1312 雷电电磁脉冲保护

3.1.2建筑接地，安装防雷标准

A)YD5068-98《移动通信基站防雷接地设计规范》

本规范适用于新建移动通信基站的防雷和接地设计。
对付移动通信基站防雷和接地设计的改造和扩建，也可以参考已建基站防雷和接地技能的改造。

b)YDJ26-89(综合楼部分)

本标准规定了建筑物或建筑物顶部信息系统的雷电保护系统的设计、安装、检讨、掩护和评估。

c)YD2011-93

d)VDE0185《雷电保护系统安装指南》

3.1.3防雷器件的技能标准

a)GA173-1998打算机信息系统防雷安全装置

打算机信息系统安装的防雷安全装置应知足本标准的技能哀求、实验方法、考验规则、标志、包装、运输和存储哀求，并能有效防止系统受保护设备的感应闪电破坏。

b)IEC61643。

标准，适用于交直流电源电路和设备上的电源避雷器，额定电压为1000VAC或1500VDC。
根据本标准对电源避雷器进行测试和运用。

c)IEC6164SPD通信网络防雷器

标准，适用于通信旗子暗记网络系统的防雷装置。
这种防雷装置内置过压过流元件，额定电压为1500VAC/DC。
根据本标准对电源防雷装置进行分类和测试。

d)VDE0675过压保护器

德国标准标准，该标准适用于过电压放电保护器(电源防雷器)和100V至1000V范围内额定交直流电压的供电和配电系统。
该标准对防雷装置提出了分类哀求。

3.1.4产品防雷技能标准

A)GB17626.5-1999电磁兼容试验和丈量技能浪涌(冲击)抗滋扰试验

b)YD/T993-1998《电信终端设备防雷技能哀求及试验方法》

c)GB3482-1983。

d)GB3483-1983电子设备雷击试验指南

下面简要先容这四种产品的防雷(浪涌)标准。

标准测试哀求为3.2GB1762.5.5-1999。

对付不同的电子产品，电气产品标准对浪涌(冲击)抗滋扰试验有不同的哀求，但这些标准大多直接或间接引用GB/T17626.5-1999(idtIEC61000-4-5:1995):电磁兼容试验和丈量技能浪涌(冲击)抗滋扰试验。

3.2.1适用范围

适用于电气和电子设备在规定的事情状态下事情时，对开关或电产生的浪涌（冲击）电压的反应。
该标准不测试绝缘材料的耐高压性。
该标准不考虑直接雷击。

本标准是基本标准，规定了浪涌（冲击）试验的试验等级分类和试验方法，但没有规定详细的试验等级选择和资格判断标准。
一样平常来说，它不直接适用于特定产品的浪涌（冲击）抗滋扰试验和符合性判断。
本标准一样平常以特定产品或产品集群标准为试验方法，在相应标准中规定了详细的试验等级选择和资格判断标准。

3.2.2试验发生器

旗子暗记发生器的特性应尽可能仿照开关瞬态和雷击瞬态：如果滋扰源和测试设备的端口在同一线路上，如电源网络（直接耦合），则旗子暗记发生器可以仿照测试设备端口的低阻抗源；如果滋扰源和测试设备的端口不在同一线路上（间接耦合），则旗子暗记发生器可以仿照高阻抗源。

对付不同场合利用的产品和产品的不同端口，由于相应的浪涌(冲击)瞬态波形不同，相应的仿照旗子暗记发生器的参数也不同。
例如，1.2/50s(8/20s)组合波旗子暗记发生器常日用于交直流电源端口和短间隔旗子暗记电路/线路端口(当发电机输出端打开时，形成电压浪涌波;当发电机输出端短路时，形成电流浪涌波)，波形图如图2-1所示；对付电信端口和长间隔旗子暗记电路/线路端口，常日利用10/700s测试旗子暗记发生器来知足CCITT的哀求。

3.2.3试验等级和旗子暗记发生器

应根据安装情形选择试验等级。
对付更高等别的测试，测试应知足表中列出的较低级别。
对付特定产品，常日在相应的产品或产品系列标准中规定了测试等级的选择

试验等级

3.2.4耦合办法

对付互换/DC电源线，建议利用配套的耦合/解耦网络（仅适用于组合波旗子暗记发生器）。
电容耦合可用于互换/DC电源线：在连接电源解耦网络的同时，还可以通过电容耦合根据线路或线路地点添加测试电压。
对付非屏蔽不平衡的I/O线路，当电容耦合不影响线路上的通信功能时，建议利用电容耦合。
对付非屏蔽平衡（通信）线路，建议利用气体放电管耦合。

3.2.5确定源阻抗

旗子暗记源阻抗的选择取决于:电线、导体、线路类型(互换电源、直流电源、互连线等。
)；电缆、线路长度；测试电压的施加(线-线或线-地面)。
2阻抗表示低压电网的源阻抗；12阻抗表示低压电网对地的源阻抗；42阻抗表示所有其他线路对地的源阻抗。

3.2.6履行试验

电源、旗子暗记和其他功能应在其额定例模内利用，并处于正常事情状态。
根据要测试的EUT的端口类型，选择相应的测试波形发生器、耦合单元和相应的旗子暗记源内部电阻。
根据测试设备的端口及其组合，使测试设备处于范例的事情条件下。

电源端子浪涌试验时，试验电压应分别运用于互换电压波形的正负峰值和过零点。
电源线和旗子暗记线应在不同组合的共模和差模状态下施加脉冲冲击。
每个组合状态至少进行5次脉冲冲击。
每个组合应测试不同的脉冲极性，两个脉冲间隔不小于1分钟。

如果须要知足较高等别的测试哀求，还应同时进行较低级别的测试。
只有当两者同时知足时，我们才能认为测试已经通过。
根据产品的特点，不同的产品或产品家庭标准可能对试验的履行有详细的规定。

3.3 YD/T993-1998标准测试哀求简述

YD/T993-1998:《电信终端设备防雷技能哀求及试验方法》为产品集群标准，不仅规定了试验方法，还规定了试验等级和判断标准，适用于电信终端设备的防雷试验和标准符合性评价，如通过金属线直接连接到平衡线对的机器、传真机、调制解调器、多媒体用户终端等。
是目前电信终端设备逼迫性产品认证(3C认证)的必备标准。

3.3测试项目

a)横向试验:在被测设备(EUT)的旗子暗记线或电源线的输入(出口)端子之间施加冲击电压的试验。

b)纵向试验：在EUT旗子暗记线或电源线的输入(出)端与地之间施加冲击电压的试验。

c)与通信网络的电气隔离试验:在EUT的通信外部端子和以下每个部件或电路之间施加冲击电压:须要在EUT上抓取或打仗非接地的非导电或导电部件；试验是指(GB4943标准图19中规定)可触及的部件和电路(符合电信电路附件哀求的连接器连接器)；连接其他设备的电路(不包括旗子暗记线)。

3.3.2预处理试验样品

EUT应按干系标准进行考验。
没有冲击波的端子应处于正常的负载阻抗状态。
具有远程电源的EUT应视为测试样品的组成部分，并通过放电管施加冲击电压。
打开EUT电源，并在额定事情电压和电流状态下预热半小时。

3.3.3试验电压和试验波形。

a)用于非暴露环境(无保护)，冲击电压幅值为：

水平试验：1.5kV3%%

纵向试验：1.0kV3%%

b)用于暴露环境(加一次保护)，冲击电压幅值为：

水平试验：4kV3%%%

纵向试验：4kV3%%%

c)与通信网的电气隔离试验，其冲击电压值为：

2.5kV(常常打仗非接地部件)

1.5kV(试验是指连接其他设备的可打仗部件和电路)

电源端口试验的浪涌波形为1.2/50s(8/20s)组合波:与通信网络进行电气隔离试验的旗子暗记端口和浪涌波形为10/70s。

在电力线路试验中，水平试验浪涌发生器的内阻为2，纵向试验浪涌发生器的内阻为12；在旗子暗记端口和通信网络的电气隔离试验中，浪涌发生器的等效源阻抗为42。

3.3.4横向和纵向试验方法

EUT分别处于挂起状态(或非连接状态)和取出状态(或连接状态)；分别进行横向试验和纵向试验；电源端口和旗子暗记端口分别进行；试验电压和波形见上部；每个组合下的正极和负极性冲击测试分别进行5次；相邻两次冲击的间隔不小于1分钟。

3.3.5与通信网络的电气隔离试验方法

断开UT的电源端与电源断开；将连接到通信网络的外部线路与通信网络断开；连接其他设备的电路。

将导电金属箔包裹在吸收器、键盘等抓握部件中，在金属箔与外端子之间施加2.5kV测试电压；在测试指示可触及的部件与EUT外端子之间施加1.5kV测试电压；在EUT外端子与EUT连接到其他设备的电路之间施加1.5kV测试电压。

3.3.6雷击防护哀求

绝缘：500V直流电压绝缘经雷击冲击波试验后，电阻不小于2M。

承载能力：EUT在雷击试验期间不须要正常运行；EUT应知足雷击试验后的干系标准哀求。
例如，在完成所有试验（包括水平试验和垂直试验）并进行不少于一小时的静态规复后，机器应检讨测试样品的发送，吸收和铃声和编号特性应正常。

3.4GB3282-83GB3-83-83标准测试哀求

GB3483-83《电子设备雷击试验指南》和GB3482-83《电子设备雷击试验方法》是一套相互合营的标准。
标准解释雷击电子设备的机理、雷击波的特点以及雷击试验的事理。
规定试验波形、冲击波发生电路、试验程序等试验方法。

本标准为基本标准，不能直接用于电子产品的雷击试验。
可作为电子产品标准中雷击试验的引用和选择依据。
在制订电子设备雷击试验方法的专业标准时，应符合本标准干系规定的哀求。

3.4.1适用范围

该标准适用于含有固体元件的电子设备与外部连接的雷击试验，以测试干系电子设备抵抗雷击的能力。
不适用于直接雷击设备和雷击引起的电磁滋扰检讨。

3.4.2干系解释

水平试验和纵向试验。

水平试验：电子设备输入(出)端子之间施加冲击电压的试验。

纵向试验：在电子设备输入（出口）端子之间施加冲击电压的试验。
对付某些输入，输出端与外部设备连接，是指在输入和输出端之间施加冲击电压的试验。

b）波形选择原则：雷击试验的目的是通过某种方法在实验室中再现电子设备运行过程中的雷击，以改进防雷方法。
使设备具有令人满意的运行可靠性。
根据可能攻击设备的闪电影路径、性子和极性，选择得当的测试参数。

3.4.3试验波形选择

a)与开线连接的电子设备的测试波形:当外线为架空开线或复线时，建议采取4/300s单极冲击电压全波；对付通信设备和具有类似事情模式的电子设备，冲击波是衰减振荡冲击波，频率为几千赫至几十千赫。

b)电缆连接电子设备的试验波形：当外线为对称电缆，同轴电缆时，建议利用10/700s冲击波。

c)电子设备的试验波形与钢轨或类似传导体波形；建议利用10/200s冲击波。

d)直击雷反击试验波形：建议利用1.2/50s冲击波。

3.4.4.试验准备

测试样品与各种相邻物体之间的间隔和间隔地面的高度应大于测试可能的闪络路径的1.5倍。
测试电路的接线和丈量导线应尽可能短。
对付具有多个输出/输入端子的测试样品，在测试过程中，除施加冲击端子外，应根据正常事情状态进行终极负载阻抗连接。
在测试带有气体放电管道保护电路的产品时，应选择遮光状态进行测试，除非产品是设计和运行的。

在额定事情电压和电流状态下，将测试样品预热半小时。
各项技能指标应根据试验样品的干系技能哀求进行测试。

3.4.5冲击波施加办法

A)水平试验：具有单端输入（输出）的试验样品，在输入（输出）线之间施加冲击电压。
该方法也适用于测试样品的测试，个中一个样品具有输入和输出端。
对付具有远程电源的电子设备，远程电源应视为测试样品的组成部分，并通过放电管施加冲击电压。

b）纵向试验：对付单端输入（出口）真个试验样品，在输入（出口）线和外壳接地（或接地）之间分别施加冲击电压。
该接线也适用于测试样品的测试，测试样品同时具有输入和输出端，测试样品的测试适用于个中一有远程电源的电子设备，远程电源应视为测试样品的一部分，并通过放电管施加冲击电压。

c)具有输入和输出真个测试样品：除上述干系测试外，输入和输出端应端接，并通过放电管在输入和输出之间施加纵向冲击电压。

3.4.6试验过程

在测试过程中，一样平常应从低压到高压逐步进行。
首先用保护装置进行抗冲击试验，然后进行可能导致破坏或破坏的试验。
一样平常按以下顺序进行：单极冲击电压全波试验；临界冲击放电电压全波试验；衰减振荡冲击波试验。
在对临界冲击放电电压进行全波试验时，应拆隙放电器。

3.5浪涌抗扰程度哀求其他电磁兼容标准

除上述(雷击)浪涌试验标准外，在一样平常和抗滋扰标准和产品标准中都有相应的(雷击)浪涌试验项目。
例如，GB/T17799.1-1999:电磁兼容通用标准住宅、商业和轻工业环境中的抗滋扰试验(通用标准)、GB/T177799.2-2003:电磁兼容通用标准工业环境中的抗滋扰试验(通用标准)、GB-T17618-1998信息技能设备的抗滋扰极限和丈量方法(工业集群标准)、GB43343.2-19999:《电磁兼容家用电器哀求》第二部分:抗滋扰(产品集群标准)等标准均有浪涌试验哀求。
然而，这些标准的浪涌试验方法直接或间接地引用了GB17626标准的干系部分。

4．小结

（雷击）浪涌冲击是电子设备破坏的主要缘故原由。
首先，我们依赖建筑物的防雷标准，为电子产品供应相对安全的外部环境；其次，我们依赖系统级的防雷标准，为电子产品供应相对安全的周边环境。
这两个保护标准为电子产品的安全运行供应了必要的外部保护，但电子产品在雷击浪涌的冲击下非常薄弱，仅仅依赖外部保护是不足的。
只有产品具有相应的雷击浪涌冲击阻力，才能担保电子产品在日常雷击浪涌冲击下的正常运行。
产品的雷击浪涌阻力须要通过相应的产品浪涌检测标准相应的产品浪涌检测标准进行测试和识别。
本文简要先容了几种与电子产品干系的浪涌抗滋扰检测标准，以便于对电子产品的浪涌阻力进行全面的测试和方便的测试。