浪涌

浪涌 (Surge)

外文名	Surge / Lightning Stroke
核心标准	IEC 61000-4-5 / GB/T 17626.5
能量量级	焦耳 (J) 级至千焦 (kJ) 级
典型波形	1.2/50µs, 8/20µs, 10/700µs
耦合阻抗	2Ω, 12Ω, 42Ω

浪涌（Surge）是指沿线路传输的瞬态电磁波，其特征是电压或电流在极短时间内剧增后缓慢下降。在 EMC 领域，浪涌测试主要模拟雷电感应（间接雷）、电网开关操作或大功率感性负载切换引发的过电压现象。

浪涌波形标准

浪涌测试根据保护对象（电源线、通信线、室外/室内线）的不同，定义了两种主要的组合波发生器波形：

1. 1.2/50µs - 8/20µs 组合波

这是最通用的标准波形，主要用于交流/直流电源端口及短距离信号线测试。

• 开路电压波形 (1.2/50µs)： 波头时间（上升至峰值 90% 的时间）为 $1.2\mu s$，半峰值时间（下降至 50% 峰值的时间）为 $50\mu s$。
• 短路电流波形 (8/20µs)： 波头时间为 $8\mu s$，半峰值时间为 $20\mu s$。
• 发生器特性： 其等效内阻（虚机阻抗）定义为 $2\Omega$。

2. 10/700µs 通信波

主要用于长距离外连通信线路（如电话线、户外信号电缆）的测试，模拟大气过电压对长线的冲击。

• 波形特征： 上升沿较慢（$10\mu s$），但持续时间极长（$700\mu s$），这意味着它携带的电荷量和能量远高于 1.2/50µs 波形。
• 发生器特性： 等效内阻通常为 $15\Omega$ 或 $40\Omega$。

测试等级与内阻规定

根据 IEC 61000-4-5，测试电压取决于设备的安装环境，而注入方式决定了耦合阻抗：

测试路径	注入方式	耦合阻抗	模拟场景
线-线 (L-N)	差模 (Differential)	$2\Omega$	保护电源整流及功率级
线-地 (L/N-PE)	共模 (Common)	$12\Omega$	保护绝缘及安规距离
信号线-地	共模 (Common)	$42\Omega$	保护低功耗接口电路

浪涌防护设计原则

由于浪涌能量巨大，必须通过“多级防护、能量跨接”来实现系统的鲁棒性：

1. 第一级：大能量泄放
   • 采用 压敏电阻 (MOV) 或 气体放电管 (GDT) 放置在电源入口，将绝大部分能量旁路。在医疗设备中，MOV 必须具备过热断开保护。
2. 第二级：中间退耦
   • 在一级与二级防护器件之间串联电感（针对电源）或电阻（针对信号线），利用电感的阻流作用迫使高能浪涌首先通过一级防护器件。
3. 第三级：精细箝位
   • 使用 TVS 二极管 实现亚纳秒级的快速响应，将残余电压箝位在芯片（如 MCU 或 运放）的可承受范围内。

工程师视角下的注意事项

• 残压 (Residual Voltage)： 防护器件动作后，两端仍存在的电压即为残压。必须确保该值低于后级电路的击穿电压。
• 共模转换： 浪涌通过共模注入时，如果 PCB 上的差分对布线不对称，浪涌电流会转化为差模电压，导致数据传输出错或器件损坏。
• 接地阻抗： 浪涌泄放路径必须极短且宽。任何多余的寄生电感（如长引线）都会因为 $L\cdot di/dt$ 产生巨大的压降，导致防护失效。

参见

• 电磁兼容
• 静电放电
• 电快速瞬变脉冲群
• 阻抗
• 电压