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電源模塊應用:EMC的設計優化

發布時間:2020-04-07 來源:ZLG致遠電子 責任編輯:wenwei

【導讀】在電源模塊應用中,EMC設計往往是重中之重,因為關乎整個用戶產品的EMC性能。那么如何提升EMC性能呢?本文從電源模塊的設計與應用角度為您解讀。
 
EMC測試又叫做電磁兼容,描述的是產品兩個方面的性能,即電磁發射/干擾EME和電磁抗擾EMS。EME中包含傳導和輻射,而EMS中又包含靜電、脈沖群、浪涌等。為提升用戶系統穩定性,接下來我們將為大家講述如何靈活應用以上方法優化電源EMC,本文將從電源的設計與應用等角度介紹4種常用解決方案:
 
電源模塊應用:EMC的設計優化
 
浪涌防護電路
 
電源模塊在實際應用中,工程師們經常使用浪涌防護電路來確保EMC性能,保證系統的穩定性。浪涌電壓的來源有多種,比如:雷擊、短路故障、設備頻繁開機等,話不多說,直接來看浪涌防護電路該如何設計。
 
如圖1所示,為提高輸入級的浪涌防護能力,在外圍增加了壓敏電阻和TVS管。但圖中的電路(a)、(b)原目的是想實現兩級防護,但可能適得其反。如果(a)中MOV2的壓敏電壓和通流能力比MOV1低,在強干擾場合,MOV2可能無法承受浪涌沖擊而提前損壞,導致整個系統癱瘓。同樣的,電路(b),由于TVS響應速度比MOV快,往往是MOV未起作用,而TVS過早損壞。所以正確的接法一般是如圖(c)、(d)所示,在兩個MOV或是MOV和TVS之間接一個電感,將防護器件分隔成兩級。
 
電源模塊應用:EMC的設計優化
兩級浪涌防護
 
另外,也可以在MOV和TVS之間加一個電阻,可以防止TVS先導通到損壞;在選取R的時候要考慮R的功耗,以免R先損壞;同時可以并聯電容,吸收能量,提高抗浪涌能力,如下圖。
 
電源模塊應用:EMC的設計優化
 
注意:MOV和TVS的選型很關鍵,選擇適當的最大允許電壓和最大通流量很重要,這個就要參照電源模塊的輸入電壓以及浪涌試驗等級,如果電壓選擇小了后端供電不正常,選擇大了起不到保護作用,通流量選小了器件容易損壞。
 
電源模塊的PCB設計
 
因為模塊電源產品有模塊電源的PCB設計規范要求,它要考慮散熱設計、EMC設計、干擾設計和生產工藝設計等等,涉及的內容非常多,所以PCB設計在模塊電源產品開發過程中是作為最重要的環節之一來對待的,如下圖所示:
 
電源模塊應用:EMC的設計優化
 
電源模塊的內部電路設計 
 
電源模塊都不是線性電源類型,都是開關電源,在開關管開通、關斷時,電壓和電流都會被斬波,造成較大瞬態變化(di/dt、dv/dt),所以開關電源是較大的EMC干擾源。隔離電源模塊常用的電路拓撲:隔離正激和隔離反激。通過產品內部電路設計+PCB設計,使得產品的EMC性能達到最優狀態。
 
電源模塊應用:EMC的設計優化
 
電源模塊傳導騷擾設計
 
設計電源模塊傳導騷擾電路,首先需要分析電源模塊的傳導騷擾情況,并找到對應解決方案。下面列舉一些情況通過示波器進行分析:
 
1、低頻:150KHz-1MHz頻率,尤其是開關頻率點——差模騷擾
解決方案:差模濾波
 
2、中頻:1MHz-10MHz頻率——差模和共模騷擾
解決方案:適當稍加點共模濾波
 
3、高頻:10MHz-30MHz頻率——共模騷擾
解決方案:共模濾波
 
所以,為了解決電源模塊傳導騷擾問題,應在模塊傳輸路徑上添加差模濾波和共模濾波電路,如下圖所示:
 
電源模塊應用:EMC的設計優化
 
經驗分享:若經示波器測試某電源模塊頻率范圍為30MHz-1000MHz,從傳導騷擾波形預測輻射騷擾好壞,高頻段呈直線性上升無下跌趨勢的,產品的輻射騷擾一般都會很差。
 
總結
 
EMC試驗通常實踐性很強,但如果我們掌握一些基本原理,在設計EMC前級電路時,將更有方向進行試驗,從而縮短項目開發的時間。
 
完善的浪涌防護電路搭配性能穩定的電源模塊將會最大程度的保證系統供電的穩定可靠。ZLG致遠電子自主研發、生產的隔離電源模塊,具有寬輸入電壓范圍,隔離1000VDC、1500VDC、3000VDC及6000VDC等多個系列,封裝形式多樣,兼容國際標準的SIP、DIP等封裝。全系列隔離DC-DC電源通過完整的EMC測試,靜電抗擾度高達4KV、浪涌抗擾度高達2KV,為用戶提供穩定、可靠的電源隔離解決方案。
 
 
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