基于静电放电的TVS管过冲电压建模方法及应用

摘要

随着电力电子产品日益复杂化，电子设备所处的电磁环境愈加恶劣，电子设备和器件中存在的静电放电问题逐渐凸显，并已经成为电子设备及系统的严重威胁。静电放电(Electro-static discharge，ESD)可形成高电位、强电场、瞬时大电流，所以会在极短时间内产生很大的电流变化，对器件和设备形成冲击。因此对ESD的防护就显得至关重要。而TVS管作为一种常用的ESD防护器件，其本身特性会引起过冲电压，而过冲电压会使得TVS管对于ESD防护的有效性产生影响。针对上述问题，本文开展了“基于静电放电的TVS管过冲电压建模方法及应用”的研究，包括以下四个部分:
　　(1)进行ESD机理特性的研究，包括ESD冲击的形成机理、ESD破坏机理、频谱分析、ESD效应的失效机理以及基于瞬变电压抑制二极管(Transient VoltageSuppressor，TVS)的ESD防护机理。
　　(2)在分析简化ESD干扰测试现场布置的基础上进行了ESD系统级建模，包括ESD源、传输线及负载。针对TVS的过冲电压问题，借助Matlab(@)仿真软件，对TVS管进行过冲电压建模仿真，并用方差法对模型进行修正优化。
　　(3)设计了基于ESD的TVS管过冲电压模型验证实验，进行标准环境下的测量实验，其测量结果与先前的仿真结果具有高度的一致性。
　　(4)在上述研究基础上，提出了TVS管过冲电压的初步补偿方案。同时，解决了ESD干扰的2个工程应用案例，包括某型电力集中器以及某型车载辅助电源的案例剖析，采取的抑制措施涵盖了TVS管的并联、构造ESD地、设计简易的ESD滤波器和屏蔽外壳等。
　　理论分析与实验结果表明，对于ESD干扰来说，TVS管是很好的防护器件。但由于其自身特性产生的过冲电压的存在会导致防护失效问题。而本文对TVS的过冲电压建模为工程师在产品的抗静电放电干扰电磁兼容性设计时提供了参照。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 电磁兼容概述

1．2 静电放电测试标准

1．2．1 标准概述

1．2．2 测试现场

1．2．3 实验结果评价

1．3 国内外研究现状

1．4 本课题研究内容与意义

第2章 静电放电破坏机理及TVS对静电放电防护机理研究

2．1 静电放电破坏机理研究

2．1．1 静电放电冲击形成机理分析

2．1．2 静电放电破坏机理研究

2．2 TVS对静电放电防护机理研究

2．2．1 TVS管保护电路的工作机理

2．2．2 TVS管选用原则及典型应用

2．3 本章小结

第3章 TVS过冲电压的仿真建模研究

3．1 静电放电实验系统的建模

3．1．1 静电放电发生器建模

3．1．2 传输线的建模

3．1．3 静电放电保护电路建模

3．2 TVS管过冲电压仿真模型

3．2．1 OSV模型的建模方法描述

3．2．2 建模方法实现

3．3 OSV模型的修正与优化评估方法

3．3．1 模型的修正方法

3．3．2 模型优化评估方法

3．4 本章小结

第4章 OSV模型验证实验与模型修正

4．1 实验系统设置

4．2 OSV模型验证实验

4．3 OSV模型的修正与评估

4．4 本章小结

第5章 TVS过冲电压解决方案

5．1 过冲电压的网络补偿法

5．2 网络补偿法验证实验

5．3 OSV网络补偿法应用实验

5．4 本章小结

第6章 工程应用案例

6．1 电力集中器的ESD抗扰度整改案例

6．2 车载辅助电源的ESD抗扰度整改案例

6．3 本章小结

结论与展望

全文工作总结

后续工作展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢