雷電的原理就是這樣，這一塊是帶電的，降到這兩根線上面去。對(duì)地球來(lái)說(shuō)相當(dāng)于一個(gè)分布電容，雷電就是一個(gè)共模信號(hào)，相當(dāng)于對(duì)整個(gè)電容進(jìn)行放電。放電有幾個(gè)回路，上面的電流通過(guò)電容到達(dá)地，電流通過(guò)電容到大地，這是共模電容。這部分電流也通過(guò)電容下地，還有一部分通過(guò)變壓器分布電容傳到負(fù)載這邊，然后通過(guò)分布電容下地。你可以認(rèn)為這個(gè)電容是大地的分布電容，實(shí)際上不跟大地它本身也是分布電容，任何一個(gè)導(dǎo)體只要電位改變就相當(dāng)于一個(gè)電容，比如說(shuō)你的身體帶電，另外一個(gè)不帶電，兩個(gè)人握手就會(huì)把電荷傳到另外一個(gè)人身上，相當(dāng)于你這個(gè)電容對(duì)另外一個(gè)電容放電，另外一個(gè)相對(duì)來(lái)說(shuō)是充電，是一個(gè)充放電的過(guò)程。
除了共模電流以外，還有一個(gè)差模電流，為什么？?jī)蓚€(gè)回路都放電的時(shí)候，放電的時(shí)間、強(qiáng)度不一樣，有的放快一點(diǎn)，有的放慢一點(diǎn)，如果兩個(gè)東西的速度都一樣，任何電位差都是一樣的就不會(huì)產(chǎn)生差模電流了。但是有時(shí)候有一些是中線接地，放電快一些，相對(duì)來(lái)說(shuō)電壓跌得特別快，另外一個(gè)跌得特別慢，就會(huì)產(chǎn)生差模，首先是共模，然后產(chǎn)生差模。
下面講一下共模電壓對(duì)電路的損害。其實(shí)共模電壓對(duì)開(kāi)關(guān)電容前面的影響不是很大，最大是后面一點(diǎn)，通過(guò)電壓器分布電路，以前的模式電路電壓用得很低，都是1v-5v左右，納米級(jí)容易擊穿，電容也相當(dāng)小。從里面串進(jìn)去的電壓經(jīng)過(guò)濾波不斷的吸收降下來(lái)，一般有上千伏，容易把后面的擊穿。在實(shí)踐過(guò)程中為了防雷，這幾個(gè)位置最好在上面布一個(gè)雷點(diǎn)電容，對(duì)防雷電擊穿很有效。共模電壓進(jìn)去以后瞬間擊穿，如果電子沒(méi)斷開(kāi)，外面的電流會(huì)繼續(xù)延續(xù)下去把它燒掉，如果備一個(gè)電容上去，共模電容通過(guò)電容一下子把它吸收掉，讓幾個(gè)電容互相通電位，幾個(gè)模組不會(huì)那么容易擊穿。
剛才在休息的時(shí)候與大家交流，大家真的很感興趣，熱情也相當(dāng)高，我也希望大家通過(guò)這個(gè)機(jī)會(huì)互相認(rèn)識(shí)，多多交流，特別是這些經(jīng)驗(yàn)之談在書(shū)上是很難找到的。如果還要有更深的研究，我建議你有機(jī)會(huì)去歐洲最大的物理研究所，現(xiàn)在研究的課題與此相關(guān)，就是電磁層理論，現(xiàn)在空間物理也好，電磁層理論是最難解決的問(wèn)題，現(xiàn)在有四個(gè)力，如果能夠把四個(gè)力統(tǒng)一起來(lái)，宇宙空間的問(wèn)題基本上都可以解答。一個(gè)是重力，原來(lái)無(wú)法解釋重力如何產(chǎn)生，就有重力層。還有電場(chǎng)力，無(wú)法解釋這個(gè)怎么產(chǎn)生，就有電場(chǎng)力，還有磁場(chǎng)力、合力，如果四個(gè)力統(tǒng)一在一起就可以解決。在書(shū)上介紹電磁層，一點(diǎn)點(diǎn)東西都全部解決了，包括量綱都沒(méi)有統(tǒng)一，大家都在爭(zhēng)論，電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的量綱都沒(méi)有解決。按照電場(chǎng)的強(qiáng)度，原來(lái)牛頓用力表示，這個(gè)東西與現(xiàn)在電工學(xué)不搭架了。特別是電流強(qiáng)度通過(guò)兩根導(dǎo)線多少，直徑多大、電流多大來(lái)量力，這種磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)我們使用有多大關(guān)系？當(dāng)初定下來(lái)又不好推翻，現(xiàn)在慢慢引進(jìn)了磁感應(yīng)強(qiáng)度，把磁場(chǎng)強(qiáng)度屏蔽掉了，在電壓計(jì)算里大家都知道磁感應(yīng)力度，還有電場(chǎng)強(qiáng)度慢慢也屏蔽掉了，就是用電位梯度。
下面我們講一些具體的。這是一個(gè)開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)電源被雷劈的時(shí)候，輸入回路基本上都燒了，假如沒(méi)燒是什么樣的？可以看看，這是橋堆，這兩個(gè)是Y電容，這里面還有一個(gè)壓敏電阻。這是共模線圈，雷劈以后全部燒了，說(shuō)明壓敏電阻沒(méi)有起到什么保護(hù)作用，兩個(gè)電容都燒了，說(shuō)明電感相當(dāng)、相當(dāng)?shù)馗?。為了防止雷電，首先前面一定要加一個(gè)能量吸收，比較大的東西，成本相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低，像試驗(yàn)站里面的放電裝置，那個(gè)東西沒(méi)有地方裝，也貴得很。在硬紙板上面排幾個(gè)鋸齒，中間隔一個(gè)頭就行了。如果中間隔6mm也可以。有一個(gè)一級(jí)電感，電感可以使瞬間上去很快的電壓降下來(lái)，突然加一個(gè)1萬(wàn)伏、10萬(wàn)伏，加上去只有這兩端，另外兩端建立不起來(lái)，所以剛加進(jìn)去的時(shí)候?qū)纂妬?lái)說(shuō)，大部分能量都被吸收掉了。后面經(jīng)過(guò)這個(gè)以后，剩余部分通過(guò)共膜電容繼續(xù)吸收，吸收完以后還有差模部分，產(chǎn)生的差模部分通過(guò)電容把差模吸收掉。共模電容和差模電容具有抑制傳導(dǎo)干擾的作用，對(duì)雷電也有抑制作用，所以很多人也在問(wèn)，電容接到前面好還是接在后面好？這個(gè)東西看你有什么作用，如果只是為了防EMI電磁干擾的話(huà)，接在越前面越好，接在測(cè)試儀表的輸入端最好，接到那里把信號(hào)全部短路掉了，就看不到了。但是對(duì)于雷電，你接到后面要好很多，所以這主要是防雷的，你就不要考慮電磁干擾和EMC了，盡量把兩個(gè)放在后面。
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對(duì)于一些比較貴重的儀器、設(shè)備，在開(kāi)關(guān)電容電壓器這里最好做靜電比例，在初次級(jí)線圈中間做一個(gè)鋁箔片都可以，包一層，這層不能短路，短路的話(huà)變壓器就會(huì)燒掉，包在外面可以短路，包在里面不能短路，包在外面吸收漏電電感，包在里面的主回路里面會(huì)短路，然后把它進(jìn)行接地，這相當(dāng)于可以隔離掉。這個(gè)有一個(gè)教訓(xùn)，前段時(shí)間康佳臺(tái)灣裝LCD屏測(cè)試，打了一個(gè)隔離變壓器，后面就是接測(cè)試儀表，每個(gè)月都有一臺(tái)、兩臺(tái)測(cè)試儀表?yè)p壞，查不出原因，最后讓他們把隔離變壓器的中間屏蔽才好。屏蔽以后，進(jìn)一步有機(jī)會(huì)的話(huà)，在接頭有連接的地方加一個(gè)磁環(huán)，讓共模電壓將磁環(huán)速度放慢，緩沖一下，讓瞬間能量降低，瞬間能量緩慢一點(diǎn)，慢慢的過(guò)，損傷就會(huì)少很多。所有電路都可以把它看成一個(gè)分布電流，只要某地方電壓電位在改變，對(duì)后面都會(huì)產(chǎn)生充放電，從這上面理解就知道了，如果哪個(gè)地方構(gòu)成回路，如果有一個(gè)高電壓進(jìn)來(lái)一直傳導(dǎo)到后面，最后充電，充電可以理解成分布電容，如果沒(méi)有這個(gè)也有一個(gè)分布電容在里面，把分布電容放在這里，就比較形象地。就像以前的絕緣長(zhǎng)效濾管一樣，手一摸沒(méi)有造成回路也壞掉了，絕緣的濾管很容易壞，一從里面拿出來(lái)，手一摸就壞掉，一個(gè)身上面帶正電，或者你作為天線有感應(yīng)電壓，感應(yīng)一下來(lái)回充放電就壞掉了。
對(duì)于濾波電容，大家注意前面的EMC濾波，這個(gè)電容不是理想電容，里面有一個(gè)電感，還有漏電電阻，里面有串聯(lián)電阻，電感和電容有沒(méi)有產(chǎn)生串聯(lián)諧振？曲線是這樣一條斜線，串聯(lián)諧振相當(dāng)于把信號(hào)短路掉了，信號(hào)短路的阻礙很大，這里面有一個(gè)最佳值，然后成為感線，進(jìn)行EMC電路設(shè)計(jì)的時(shí)候最好用不同的電容進(jìn)行配模，這是0.4的曲線，33nF并聯(lián)就可以保證在上面不是好的，單獨(dú)一個(gè)電容后面覆蓋不到，以后有機(jī)會(huì)我講這些元器件，你們?cè)诖髮W(xué)里面學(xué)的是符號(hào)，對(duì)電阻電容基本是不懂的，還有電組電容這方面的問(wèn)題最多，還有電容，電容來(lái)回極化的時(shí)候，速度跟不上外面的變化，會(huì)損耗相當(dāng)大，會(huì)燒壞，特別是脈壓電容，很多人認(rèn)為體積越小越好，但沒(méi)有考慮在開(kāi)關(guān)上容易出現(xiàn)問(wèn)題。
這是網(wǎng)友提出的一些問(wèn)題，我放在這里。大家討論一下：
1、防雷是否一定要接地？對(duì)于感應(yīng)雷而言，局部等電位連接是否可以取代接地，設(shè)備能否得到足夠的保護(hù)？
大家想想看，跟前面我們所說(shuō)的，感應(yīng)雷這個(gè)東西沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的概念說(shuō)什么叫做感應(yīng)雷。只要打雷的話(huà)，外面打雷，窗戶(hù)上面的金屬，如果夜間都可以看到放電產(chǎn)生火花，這就是通過(guò)電磁感應(yīng)產(chǎn)生的位移電流原理。從原理上來(lái)說(shuō)，三相四線或三相五線，發(fā)電機(jī)有中線接地，設(shè)備使用者的外殼接地是最有效的避雷方法，但現(xiàn)在很多設(shè)備都不接地，沒(méi)有辦法接，只有很貴重的進(jìn)口設(shè)備用三相電源，中間那一條地線，地線不是中線，大家要搞清楚。中線雖然是接地的，但在這里不能當(dāng)成地線，地線一定是自己大樓本身的地，而且要量好接地的地線。因?yàn)榈鼐€接進(jìn)去以后，大樓對(duì)外面的電磁層進(jìn)行屏蔽了，大樓相對(duì)來(lái)說(shuō)也是導(dǎo)電的，就算不導(dǎo)電，現(xiàn)在國(guó)家都有安全要求，大樓超過(guò)多少層都要加上避雷針，就是防雷的。如果不能接地，你就要考慮充放電的問(wèn)題。前面最好的共模電容我覺(jué)得還是要，我認(rèn)為這個(gè)共模電容最好連接上，不能接大地，要接在外殼上，接到外殼上有什么好處？共模電壓一進(jìn)來(lái)，雖然電流沒(méi)有通過(guò)地放電回路，把電壓舉高起來(lái)了，與外面輸入電壓是一樣的，外殼電壓取的一樣，起到了屏蔽作用。如果這個(gè)接地的話(huà)會(huì)更加安全，但是地線要足夠粗，回路也足夠，因?yàn)榉烹姷碾娏骱艽螅苋菀谉?。這幾個(gè)東西是經(jīng)過(guò)很多年的試驗(yàn)，8是很成熟的東西，不管做共模還是防雷都要做上，如果連機(jī)殼都沒(méi)有，只是塑料殼，也要考慮這根線接到什么位置最好？是接到里面面積最大的地方，就是公共地面積最大的地方，讓電位舉起來(lái)，其他電位差不會(huì)產(chǎn)生很大的電容回路。主要是考慮充放電回路，電流越小越好，兩個(gè)電位差越小越好。
2、我們是做防雷模塊的，在實(shí)際應(yīng)用中，現(xiàn)場(chǎng)通常會(huì)碰到?jīng)]有地可接，這時(shí)我們首先建議客戶(hù)做一個(gè)接地系統(tǒng)，但如果因?yàn)樵靸r(jià)或者其他原因確實(shí)接地有困難，我們建議客戶(hù)把防雷器的地和其他設(shè)備做等電位連接后懸浮，是否妥當(dāng)？
這個(gè)防雷模塊一般都是放電管，一般在外面賣(mài)的都是壓敏電阻或者氣體放電管，相當(dāng)于穩(wěn)壓二極管一樣的，比較先進(jìn)一點(diǎn)的就是與硅一樣的，就是電壓超過(guò)多少的時(shí)候，壓敏管就導(dǎo)通，或者氣體放電管，壓敏電阻比較便宜，但是最不可靠的。首先壓敏電阻過(guò)壓沖擊的時(shí)候，壽命有限的，只有十幾次就不能用了，壓敏電阻是一堆亂七八糟的二極管在里面互相接觸，就是兩個(gè)不同金屬氧化物之間互相接觸相當(dāng)于一個(gè)二極管，以前我們用礦石收音機(jī)或者用礦石整流，就是拿兩塊氧化銅或者氧化礦石連接以后就可以當(dāng)成整流二極管使用，原理是一樣的，里面一大堆氧化鉛，每個(gè)界面都相同，相當(dāng)于一個(gè)二極管，二極管有一個(gè)耐壓，通過(guò)里面來(lái)控制耐壓的參數(shù)。這種一次擊穿以后二極管壞掉了，選另外一個(gè)渠道。二極管都是哪個(gè)電壓高擊就穿哪一個(gè)，另外一個(gè)低的就不擊穿，哪個(gè)電壓高就損壞那一個(gè)，然后再損壞另外一個(gè)，最多只能損十幾次，壓敏電阻就壞了。用普通穩(wěn)壓二極管功率不夠，分布電容比較大。用空氣的話(huà)相對(duì)放電管恢復(fù)時(shí)間很長(zhǎng)，點(diǎn)火時(shí)間也長(zhǎng)，導(dǎo)通時(shí)間很長(zhǎng)，恢復(fù)時(shí)間很長(zhǎng)，對(duì)于高速的保護(hù)來(lái)不及。比如說(shuō)作為傳輸線之類(lèi)的保護(hù)是不行的，過(guò)壓以后一導(dǎo)通了，導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間難以恢復(fù)。防雷模塊我建議用在最后面，就是作為后備來(lái)使用，就是在IC輸入角可以接輸入輸出接口的位置，在電源輸入的地方絕對(duì)不能用，一個(gè)是用上去沒(méi)有效，另外成本很高，作為輸入端用人工排一個(gè)放電裝置，在后面再加上防雷模塊，互相組合起來(lái)使用。
3、關(guān)于EMI電磁干擾，我們的防雷元器件是否能夠奏效？還是主要依靠設(shè)計(jì)、合理布局更有效？
按照道理EMI是電磁干擾，避雷元器件按照道理并不聯(lián)系在一起，但EMC濾波里面，與EMC濾波器同樣有防雷功能，就是前面的幾個(gè)電感和共模電容還有差模電容對(duì)防雷都起到作用，大家要理解，EMC濾波是用于設(shè)備上的，但反過(guò)來(lái)考慮雷電的時(shí)候，你就要把干擾信號(hào)從外面輸進(jìn)來(lái)，要這樣考慮了，不能單方面，最好在防雷加上一個(gè)放電裝置加在電感后面，共用共模濾波電容。
4、ESD在PCB設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的事項(xiàng)有哪些？
ESD一般除了防雷以外，還有一些別的相關(guān)內(nèi)容，里面有一些IC很容易受到周邊電壓比較高的器件干擾或損壞，比如說(shuō)在電視機(jī)里面，電視機(jī)里面的高壓包產(chǎn)生的高壓是上萬(wàn)的，里面的CPU等模式電路你絕對(duì)不能靠近高壓電源部分，必須遠(yuǎn)離它。以前我們?cè)囘^(guò)，都是因?yàn)榕c高壓包靠得太近了，把里面的起動(dòng)器干擾，把里面的數(shù)據(jù)打亂，我們只是在上面貼了一塊示波片，最開(kāi)始是過(guò)濾嘴香煙里面有示波片，我們從垃圾堆里面撿來(lái)，應(yīng)急處理往上面貼，讓修理部這樣來(lái)應(yīng)付處理。慢慢我們對(duì)這個(gè)東西認(rèn)識(shí)很清楚了，現(xiàn)在很多集成電路采取這種方式，有的在上面帶一個(gè)散熱片，本身可以做屏蔽，或者在上面貼一個(gè)膠紙，膠紙有導(dǎo)電的作用，可以放上去，這是ESD方面的防護(hù)方法。因?yàn)橘N了一塊以后，哪怕電離層很高的打下去都不會(huì)擊壞，所以在貴重集成電路里面，在電路板上面貼一塊有一邊絕緣的，兩邊的絕緣都是零，但是有一塊示波片，外面都有賣(mài)，非常方便?，F(xiàn)在電視機(jī)里面都大量采用這種技術(shù)。對(duì)于排線的輸入輸出線、信號(hào)線都是靠得越近越好，兩根線一定要找出來(lái)哪個(gè)是輸入，哪個(gè)是輸出，電流流進(jìn)去還是流出來(lái)的，線靠近得越近越好，里面的面積越縮小越好，如果電流很小，信號(hào)功率很小，盡量用小而不是用大，如果大了分布電容也大，分布電容大的以后容易接受電子干擾和電容損壞，里面的長(zhǎng)效管用眼睛看不到，用放大鏡放大幾百倍也是看不到的，隱線可以看到，里面隱線的電容相對(duì)來(lái)說(shuō)高很多，接一點(diǎn)點(diǎn)正電進(jìn)去以后擊穿了，所以里面的導(dǎo)線越短越好。集成電路的輸入輸出都一般，加了一個(gè)二極管，就是與電容接在一起，本身在電路里面都有保護(hù)作用，如果沒(méi)有接到電路里面用手去摸是壞掉的，接到里面有信號(hào)作用了就不會(huì)壞。
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5、在射頻電路中，敏感線路（如數(shù)據(jù)線等）如何保護(hù)？
數(shù)據(jù)線大家都已經(jīng)有很多方法，一般數(shù)據(jù)線最好用差分，將兩根線扭在一起，扭在一起以后一個(gè)流進(jìn)去，一個(gè)流出來(lái)，雙絞在一起，外面加一層屏蔽線，外面只有一條接地，不要兩條都接，接一頭就可以了，雙絞線對(duì)電子干擾互相抵消，同一個(gè)方向流出來(lái)的電流產(chǎn)生的方向正好相反，互相抵消，差分是最好的，不要接到公共地上，用差分。很簡(jiǎn)單，這個(gè)線加一個(gè)磁環(huán)，兩端都加一個(gè)磁環(huán)，這個(gè)磁環(huán)對(duì)差模有相當(dāng)?shù)扔诹?，流過(guò)的信號(hào)一個(gè)是差模信號(hào)，干擾信號(hào)大部分是共模的，加上電感上面對(duì)共模很有效，ESD放電基本上都是共模，加載上面對(duì)ESD起到保護(hù)作用。充放電加一個(gè)小磁環(huán)，如果沒(méi)有小磁環(huán)，用適配器往插頭上一插，瞬間選擇突然充電會(huì)有損壞，不要輕易把磁環(huán)去掉，那就是讓你對(duì)充放電抑制速度的降慢。
6、IC引腳的靜電防護(hù)，加什么器件既經(jīng)濟(jì)又有效？
如果不考慮速度，最好是在輸入端加一個(gè)電阻，靠近IC加一個(gè)電容，這只有幾十PU加大，如果信號(hào)頻率很高，盡量想辦法把信號(hào)線的阻耗降低，不要搞得很高?，F(xiàn)在一般的信號(hào)線，高頻都是50歐姆，兩個(gè)之間接一個(gè)75安培或50安培的，把阻礙降低，直沖放電就是兩個(gè)電位。75歐姆以上，一根線上面加的1v電壓上去，流過(guò)的電流多大？或者說(shuō)一個(gè)毫安的電流在上面的電壓也很小，因?yàn)镋SD放電的電壓很高，電流很小，放電電壓馬上掉下來(lái)，不會(huì)沖擊到集成電路里面去。所以在要求不是特別高上面，盡量把輸入降低。
7、ESD防護(hù)器件什么時(shí)候應(yīng)該放在端口處，什么時(shí)候該放在芯片管角？
保護(hù)單個(gè)集成電路就放在集成電路的地方最好，如果保護(hù)整個(gè)設(shè)備就放在端口。放在集成電路這個(gè)地方，后面那一段照樣有電壓可以感應(yīng)到別的IC上，對(duì)別的IC會(huì)產(chǎn)生損壞，所以你要保護(hù)好IC，就在IC加上ESD的保護(hù)，如果對(duì)整個(gè)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)的話(huà)，所有的接口都加ESD保護(hù)就足夠了，這個(gè)成本是最低的。因?yàn)槟惆褦?shù)據(jù)輸出、輸入接一個(gè)保護(hù)，里面本身不會(huì)產(chǎn)生ESD放電，如果里面產(chǎn)生ESD放電早不能過(guò)關(guān)，ESD放電肯定從外面進(jìn)去的，把所有的口都封住就不會(huì)有問(wèn)題。所以，我建議你如果從設(shè)備考慮，從成本考慮就接輸入輸出口的地方，為了保護(hù)集成電路，對(duì)其他不管的話(huà)就接在集成電路上。
