考虑高频寄生参数继电器EFT干扰机理分析www.diangan.net.cn/

从微观角度看，触点表面粗糙，流过的电流集中在某些点上。分断开始时，接触压力不断降低，实际接触面积不断减小，使得接触电阻增加。电流不变时，焦耳热不断增加。另一方面，由于此时已分离点之间间隙小，触点间的电场强度高，在电场力的作用下，使得阴极某些点放出电子，这些电子轰击阳极，使阳极金属原子电离产生正离子。而间隙中的游离金属也可能被轰击成正负离子。这些离子加强了间隙中的电场强度，引起更多电子发射，形成电弧放电，放电使得电极表面温度急剧升高。在上述两方面原因的作用下，使触点材料熔化形成金属桥。电流在金属桥中间流过，从而形成金属弧。

金属弧电压仅由触头的材料决定，近似为一个常数，文献[19]通过实验证明得出结论，最小电弧电压仅由材料的有效逸出功和电离电势决定。而金属弧电阻以一定斜率k上升，斜率k与初始电流，0有关。金属弧持续时间t也是与初始电流厶相关的值。初始电流越大持续时间越长。通过实验得到的数据可以拟合出斜率k和金属弧持续时间t的曲线如图4所示。用式(3)来描述触点处在金属弧区间内的电接触特性。

气体击穿区从金属弧区结束开始，每一次击穿可分解为I、II两个阶段。由于继电器开关触点断开瞬间，产生的EFT干扰频谱范围极宽，可以达到数百兆，所以在分析过程中需要考虑到器件的高频特性及电路的寄生参数。图5所示，为考虑了高频寄生参数的电路模型。其中R为电源内阻，CKpar为继电器触头之间的寄生电容，R。为负载电阻，L为负载电感，C分别为负载电感引线的电感、电容，CLpa、R分别为负载电感的寄生电容、电阻，c。是电路导线及其它除电感部分外的等效寄生电容、电感。

图3实线圈标注处得知：每一阶段动作前一瞬间电压、电流变化率远远小于动作后一瞬间电压、电流变化率。所以，在分析过程中，忽略动作前由于电压、电流变化率引起的电容电压和电感电流。

下面就每次击穿中的两个阶段来讨论气体击穿区的形成机理。

第1阶段：如图3(b)所示，为金属弧结束到气体击穿前。在这个阶段中，开关触点两端电压上升机理与传统分析方法相同，详见第1部分。下面主要分析考虑到寄生参数LC、Cpar等的影响在电压中叠加的高频振荡分量特性。如图6所示，对回路1列写回路电压方程。此处只分析高频振荡分量的小信号特性，故忽略负载电感Lload对C的影响。所以有

由上式可见，电流为阻尼振荡变化。其衰减系数由寄生电感与电源内阻R。共同决定，内阻越高，寄生电感越小则衰减越迅速。高频振荡频率由电感寄生电容C。和触头寄生电容CKpar共同决定，且随着寄生参数的减小而升高，也就是说此时的寄生电容、电感越小时，则电路中产生振荡的频率越高。振荡的初始值除了由上述这些寄生参数决定外，还取决于金属弧结束时的主回路电流，。d(J，，e川越大则初始振荡幅值越大。

针对前述推导结论，主要针对对EFr干扰高频

其次，分析继电器两端寄生电容C对气体击穿区高频振荡电流的影响。模压电感http://www.diangan.net.cn/由于cK砷是寄生参数，无法直接改变这一参数的大小。所以采取在继电器两端添加一小电容C的方法来模拟继电器寄生电容的变化。分别当不添加电容，添加330pF电容，添加470pF电容时，分析对电流振荡频率的影响。如图9及表2所示，不添加电容时，其振荡电流频率达到54MHz，这样的高频干扰一旦向空间辐射是很难抑制的。当加入470pF电容后，其振荡频率减小为4．4MHz，降低为原来的8％。虽然高频电流振荡幅值提高了8mA，但由于频率的大幅降低。这与前面推导的结论相吻合。

当延长导线40In时，电路中高频振荡电流的频率相比没有延长电缆时下降了35．4％，而且幅值也下降了39mA，这样即达到降低干扰频率，又降低干扰幅值的效果。所以在实际应用过程中，可以采取延长在主回路中加入一个小电感的做法来降低EFT干扰的辐射作用。

本文在原有火花放电理论基础上，针对电磁继电器断开感性负载过程中，EFT干扰的宽频特性，提出了引入集总高频等效参数的分析方法。对触点断开过程中金属弧区，气体击穿区以及振荡区等三个阶段进行了求解，考虑高频寄生参数对EFT干扰宽频特性的影响，建立了能够反映电磁继电器触点断开感性负载过程中的瞬态电接触动态数学模型。并运用该模型解释了在气体击穿区第二阶段继电器触点两端产生负向电压这一特殊现象。最后，通过包括金属弧结束电流，e寄生电容C、寄生电感在内的多组实验分析了主要参数对EFT干扰特性的影响提出了从原理上来抑制EFT干扰的方法，并且验证了模型的正确性。

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