怎樣做好電源模塊外圍電路的EMC與防護設計

2018-06-12 10:50:51  閱讀 1249 次 評論 0 條

一:引 言

我們發現單個的開關電源模塊,幾乎很難通過surge、EFT、CE、RE等EMC實驗,尤其是國外的電源模塊,盡管其可靠性高、壽命長、EMI控制得很好,但其抗干擾性(Surge、EFT)的性能不強。因此,根據開關電源模塊特性,做好外圈電路的EMC與防護設計,是設備通過EMC測試,或者提高其現場抗干擾性的關鍵所在。了解開關電源的特性參數,是做好其EMC與防護設計的關鍵,哪些是開關電源最核心的EMC特性參數呢?

1)開關電源的輸入電壓與電流范圍,瞬態抑制器件(壓敏電阻、TVS管、保險絲)不應該在其正常輸入范圍內動作。

2)開關電源的最 大瞬態干擾承受電壓(input surge Withstand),外部電磁干擾經過瞬態抑制器件,或電容電感的濾波后,其殘留的干擾,一定不能大于該限值。

3)利用好開關電源模塊的絕緣耐壓特性 開關電源絕緣耐壓,其實是一種共模防護性能。其開關電源其輸入+110、-110V與機殼地PG的絕緣強度為AC1500V,也就意味作該電源模塊的浪涌、EFT的共模抗擾度至少DC2000V以上,即在通過浪涌、雷擊、EFT共模三級(2KV)測試時,不需要添加任何共模防護措施(絕緣防護,共模干擾無法擊穿其絕緣材料,導致干擾只能電壓沒有形成回路,即無法形成有效的電磁干擾)。 如果要通過更高級別的浪涌或雷擊測試(如四級,4KV)的話,可以將瞬態抑制器件的共模動作電壓提高(如使用動作電壓為DC3600V的氣體放電管,僅在DC4KV的共模沖擊中動作),這樣能夠在不影響電源抗干擾性能的前提下,提高防護器件的使用壽命(減小動作次數),以及不影響其安規耐壓測試(部分耐壓測試時,不僅拆除瞬態抑制器件)。

4)了解開關電源的EMI測試方法: 很多的開關電源,是通過UL、3C認證的,其EMI的性能是有保證的。但是集成到系統中,你就會發現RE、CE不通過,很大程度上是開關電源引起的。 這主要是開關電源的EMI測試方法,許多開關電源CE、RE測試時,使用電阻性負載測試(行業通用做法),與系統或帶實際負載測試時不一樣。 實際負載,可能包含了大量的高頻電磁騷擾,通過開關電源模塊初/次級之間的寄生電容,耦合到輸入線纜上,導致CE、RE測試失敗。 因此,即使通過3C、UL等認證的開關電源,我們也要預留EMI整改的空間(如添加濾波器)。

5)了解防護器件的失效機理或弱點,避免防護失效或影響系統的可靠性。譬如壓敏電阻可能在多次沖擊下,其漏電流增大導致發熱自燃或短路(低阻抗化),針對壓敏電阻這種問題,在可靠性要求性高的場合,如軌道交通,一般采用串聯氣體放電管、串聯保險絲、提升壓敏電阻動作電壓(壓敏電壓的方法)。

6)適當的共模濾波與防護,對于通過EFT、浪涌等EMC是必須的。某些號稱能夠通過浪涌、EFT測試的開關電源模塊,也是帶負載電阻進行EMC測試的,其測試時,只要保證不死機(無輸出)即可。某開關電源模塊(號稱可以通過3級EFT\Surge測試)在抗干擾測試中,其+5V電源輸出端 口的干擾甚至高達300V,如果不對開關電源進行共模抑制或防護,極容易損壞+5V弱電系統。如果在輸出(+5V、GND)上添加共模電感濾波、加TVS管進行瞬態抑制的話,輸出端的瞬態過壓可以降低到20V以下。

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