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開關電源模塊EMC兼容設計解析

2018-06-01

    隨著時代的發展,開關電源模塊技術越來越完善,與傳統電源相比,其具有小體積、高效率、高可靠性、穩壓輸出等眾多優點,逐漸取代了傳統的整流電源。開關電源因為工作頻率高、能夠快速產生電流、電壓變化,所以會產生尖峰及諧波干擾,這些干擾會通過傳導、輻射及串擾等途徑影響設備和附近電子系統的正常工作。

 

    現在我國已經開始對電子產品要求實行3C認證了,所以設備能否滿足應用的電磁標準,會直接影響到產品是否能在市場上銷售。因此根據開關電源模塊的特性做好外圍電路的設計,是產品通過認證和提高現場防護的關鍵。EMC的產生主要是干擾源、敏感設備和傳輸介質這三個問題,只要針對其中一個問題進行改動都可以實現防護,比如是:將干擾源去掉、遠離敏感設備和改善傳輸介質。

 

    電源模塊在設計時可優化拓撲結構及PCB設計等進行提成EMC干擾防護。在電路設計中可以優先保護后濾波的方式,保護元件設計在靜電導入口的位置。在防護電路方面開關管建議加RC吸收和RCD吸收電路,從而降低尖峰電壓,在EMC傳輸路徑上建議使用π型濾波和全波整流電路。在拓撲設計中優先選擇連續導通模式CCM。在PCB設計中盡量大面積鋪地、減少回路面積、布線長度、動態節點電感及大面積孤立銅區。

 

    模塊因為是小體積設計,如果僅靠內部電路設計是滿足不了EMC干擾保護的,所以吸收EMS的元件體積都是非常大的,一般EMC干擾高防護都是通過外圍電路來提升其性能。一般有差模跟共模影響,可根據實際需要使用不同電路解決。如傳導騷擾波形為低頻時可采用差模濾波電路、中頻采用共模和差模濾波電路、高頻屬于共模干擾。

 

    在設計中,選擇不同的元件也會直接影響模塊的性能,在選擇高頻變壓器時應保證交流、直流損耗低,漏感小且良好的繞組布局。選擇濾波電容時注意考慮小體積、大容量、高耐壓及高頻低阻化。選擇壓敏電阻時需電源直流電壓小于最大直流電壓,在實際應用中要關注場效應管的導通電阻和低柵極電荷,這兩者不僅影響其效率,還影響EMC性能,需做好平衡。

 

    開關電源的絕緣特性可以當是一種共模防護性能,比如輸入正負100PG的絕緣為1500VAC,也就是該電源模塊的浪涌和EFT的共模抗干擾為2000VDC以上。這需要我們熟悉各種元件的特點和弱點,才能更好的安排和避免失效影響正常工作。比如壓敏電阻有可能在多次沖擊下導致其漏電流增大而發熱自燃及短路。

 

    現在市場上很多開關電源是有UL、CE、3C認證的,這些產品的EMI性能是有保證的,但是單獨模塊是沒有3C的。在實際應用中,有少數認證是不通過的,這主要是開關電源的EMI測試方法的問題,在認證測試時,是使用電阻性負載測試的行業做法,和實際應用系統及帶負載測試是不一樣的。 而實際負載可能包含了大量的高頻電磁騷擾,再通過開關電源模塊的寄生電容耦合到輸入線纜上,從而導致測試失敗。