电子产品的雷击浪涌防护标准及测试（IEC61000-4-5）

1.引言

经过对直接雷击、传导雷击和感应雷击三种主要形式的深入研究，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。在此基础上，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)。这些技术在电力和其他金属传输线路上的综合应用，有效地防止了传导雷击对人和环境的灾难性破坏。

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难性破坏采取了良好的保护措施，但间接雷击（如云中的雷击，或附近物体的雷击）仍然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，大型开关切换时刻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别大（与能量相比，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，甚至纳秒水平），重复频率低。电磁兼容领域所指的浪涌通常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化；与开关装置相关的谐振电路，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）电压的主要来源如下：外部电路（室外）直接雷击，注入的大电流通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化，并与内部电路耦合，这仍然会产生瞬态冲击。

因此，电子设备的浪涌（冲击）保护已成为电子产品设计人员必须面对和解决的问题。相关浪涌保护标准及其试验为电子产品浪涌（冲击）保护设计的符合性确定提供了依据和手段。

2.3(雷击)浪涌综合防护

为有效保障人员、环境和设备免受(雷击)浪涌的危害，需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对象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措施，形成三维深度（雷击）浪涌保护系统。

根据各分区的特点，采取的防护措施有：

(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)采用等电位连接方式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制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、设备外壳屏蔽和信号管道屏蔽。

(5)过电压/过流保护器用于外部电源或信号进入建筑物或系统的传输通道，防止其危害保护对象，即过电压保护器(如过电压限制器或浪涌吸收器等。)安装在电源电路、信号接口等电路中，通过限制器将产生的过电压钳置于限制值以下，确保系统设备或部件不受异常动作或损坏。过电压保护器的设置或选择应根据其保护系统的重要级别或系统电路的接口方式进行综合考虑。

每个部分的具体实施和安装都有相应的标准要求。只要上述防护措施根据其分区和位置的特点满足相应的防护标准要求，就可以形成完整的现代防雷系统，有效保护人员、环境和设备免受（雷击）浪涌的伤害。

3.电子产品浪涌(冲击)抗干扰标准及试验

3.1常用的防雷标准及其适用范围

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》

规定了一般建筑的防雷设计要求，使建筑能够根据当地情况采取适当的防雷措施，防止或减少雷击建筑造成的人身伤亡和财产损失。

b)GB50174-93《建筑防雷设计规范》

适用于建筑面积大于或等于140㎡的主机房设计。本规范不适用于工业控制计算机房和微机房。

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。对于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术的改造。

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、检查、维护和评估。

c)YD2011-93

d)VDE0185《雷电保护系统安装指南》

3.1.3防雷器件的技术标准

a)GA173-1998计算机信息系统防雷安全装置

计算机信息系统安装的防雷安全装置应满足本标准的技术要求、实验方法、检验规则、标志、包装、运输和存储要求，并能有效防止系统受保护设备的感应闪电损坏。

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应用。

c)IEC6164SPD通信网络防雷器

标准，适用于通信信号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要求。

3.1.4产品防雷技术标准

A)GB17626.5-1999电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗干扰试验

b)YD/T993-1998《电信终端设备防雷技术要求及试验方法》

c)GB3482-1983。

d)GB3483-1983电子设备雷击试验指南

下面简要介绍这四种产品的防雷(浪涌)标准。

标准测试要求为3.2GB1762.5.5-1999。

对于不同的电子产品，电气产品标准对浪涌(冲击)抗干扰试验有不同的要求，但这些标准大多直接或间接引用GB/T17626.5-1999(idtIEC61000-4-5:1995):电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗干扰试验。

3.2.1适用范围

适用于电气和电子设备在规定的工作状态下工作时，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，但没有规定具体的试验等级选择和资格判断标准。一般来说，它不直接适用于特定产品的浪涌（冲击）抗干扰试验和符合性判断。本标准一般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具体的试验等级选择和资格判断标准。

3.2.2试验发生器

信号发生器的特性应尽可能模拟开关瞬态和雷击瞬态：如果干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），则信号发生器可以模拟测试设备端口的低阻抗源；如果干扰源和测试设备的端口不在同一线路上（间接耦合），则信号发生器可以模拟高阻抗源。

对于不同场合使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，相应的模拟信号发生器的参数也不同。例如，1.2/50μs(8/20μs)组合波信号发生器通常用于交直流电源端口和短距离信号电路/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；对于电信端口和长距离信号电路/线路端口，通常使用10/700μs测试信号发生器来满足CCITT的要求。

3.2.3试验等级和信号发生器

应根据安装情况选择试验等级。对于更高级别的测试，测试应满足表中列出的较低级别。对于特定产品，通常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耦合方式

对于交流/DC电源线，建议使用配套的耦合/解耦网络（仅适用于组合波信号发生器）。电容耦合可用于交流/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。对于非屏蔽不平衡的I/O线路，当电容耦合不影响线路上的通信功能时，建议使用电容耦合。对于非屏蔽平衡（通信）线路，建议使用气体放电管耦合。

3.2.5确定源阻抗

信号源阻抗的选择取决于:电线、导体、线路类型(交流电源、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)。2Ω阻抗表示低压电网的源阻抗；12Ω阻抗表示低压电网对地的源阻抗；42Ω阻抗表示所有其他线路对地的源阻抗。

3.2.6实施试验

电源、信号和其他功能应在其额定范围内使用，并处于正常工作状态。根据要测试的EUT的端口类型，选择相应的测试波形发生器、耦合单元和相应的信号源内部电阻。根据测试设备的端口及其组合，使测试设备处于典型的工作条件下。

电源端子浪涌试验时，试验电压应分别应用于交流电压波形的正负峰值和过零点。电源线和信号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。

如果需要满足较高级别的测试要求，还应同时进行较低级别的测试。只有当两者同时满足时，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实施有具体的规定。

3.3 YD/T993-1998标准测试要求简述

YD/T993-1998:《电信终端设备防雷技术要求及试验方法》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强制性产品认证(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)的信号线或电源线的输入(出口)端子之间施加冲击电压的试验。

b)纵向试验：在EUT信号线或电源线的输入(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:需要在EUT上抓取或接触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(符合电信电路附件要求的连接器连接器)；连接其他设备的电路(不包括信号线)。

3.3.2预处理试验样品

EUT应按相关标准进行检验。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，并在额定工作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：1.5kV±3%%

纵向试验：1.0kV±3%%

b)用于暴露环境(加一次保护)，冲击电压幅值为：

水平试验：4kV±3%%%

纵向试验：4kV±3%%%

c)与通信网的电气隔离试验，其冲击电压值为：

2.5kV(经常接触非接地部件)

1.5kV(试验是指连接其他设备的可接触部件和电路)

电源端口试验的浪涌波形为1.2/50μs(8/20μs)组合波:与通信网络进行电气隔离试验的信号端口和浪涌波形为10/70μs。

在电力线路试验中，水平试验浪涌发生器的内阻为2Ω，纵向试验浪涌发生器的内阻为12Ω；在信号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42Ω。

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；电源端口和信号端口分别进行；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接收器、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雷击防护要求

绝缘：500V直流电压绝缘经雷击冲击波试验后，电阻不小于2MΩ。

承载能力：EUT在雷击试验期间不需要正常运行；EUT应满足雷击试验后的相关标准要求。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恢复后，机器应检查测试样品的发送，接收和铃声和编号特性应正常。

3.4GB3282-83GB3-83-83标准测试要求

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》是一套相互配合的标准。标准说明雷击电子设备的机理、雷击波的特点以及雷击试验的原理。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。在制定电子设备雷击试验方法的专业标准时，应符合本标准相关规定的要求。

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，以测试相关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干扰检查。

3.4.2相关说明

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。对于某些输入，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，以改善防雷措施。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、性质和极性，选择合适的测试参数。

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，建议采用4/300μs单极冲击电压全波；对于通信设备和具有类似工作模式的电子设备，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，建议使用10/700μs冲击波。

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

d)直击雷反击试验波形：建议使用1.2/50μs冲击波。

3.4.4.试验准备

测试样品与各种相邻物体之间的距离和距离地面的高度应大于测试可能的闪络路径的1.5倍。测试电路的接线和测量导线应尽可能短。对于具有多个输出/输入端子的测试样品，在测试过程中，除施加冲击端子外，应根据正常工作状态进行最终负载阻抗连接。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。

在额定工作电压和电流状态下，将测试样品预热半小时。各项技术指标应根据试验样品的相关技术要求进行测试。

3.4.5冲击波施加方式

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，其中一个样品具有输入和输出端。对于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：对于单端输入（出口）端的试验样品，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其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)具有输入和输出端的测试样品：除上述相关测试外，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，一般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，然后进行可能导致损坏或损坏的试验。一般按以下顺序进行：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浪涌抗扰程度要求其他电磁兼容标准

除上述(雷击)浪涌试验标准外，在一般和抗干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干扰试验(通用标准)、GB/T177799.2-2003:电磁兼容通用标准工业环境中的抗干扰试验(通用标准)、GB-T17618-1998信息技术设备的抗干扰极限和测量方法(工业集群标准)、GB43343.2-19999:《电磁兼容家用电器要求》第二部分:抗干扰(产品集群标准)等标准均有浪涌试验要求。然而，这些标准的浪涌试验方法直接或间接地引用了GB17626标准的相关部分。

4．小结

（雷击）浪涌冲击是电子设备损坏的重要原因。首先，我们依靠建筑物的防雷标准，为电子产品提供相对安全的外部环境；其次，我们依靠系统级的防雷标准，为电子产品提供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提供了必要的外部保护，但电子产品在雷击浪涌的冲击下非常脆弱，仅仅依靠外部保护是不够的。只有产品具有相应的雷击浪涌冲击阻力，才能保证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需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。本文简要介绍了几种与电子产品相关的浪涌抗干扰检测标准，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。