怎样做好电源模块外围电路的EMC与防护设计

2018-06-12 10:50:51  阅读 665 次 评论 0 条

一:引 言

我们发现单个的开关电源模块,几乎很难通过surge、EFT、CE、RE等EMC实验,尤其是国外的电源模块,尽管其可靠性高、寿命长、EMI控制得很好,但其抗干扰性(Surge、EFT)的性能不强。因此,根据开关电源模块特性,做好外圈电路的EMC与防护设计,是设备通过EMC测试,或者提高其现场抗干扰性的关键所在。了解开关电源的特性参数,是做好其EMC与防护设计的关键,哪些是开关电源最核心的EMC特性参数呢?

1)开关电源的输入电压与电流范围,瞬态抑制器件(压敏电阻、TVS管、保险丝)不应该在其正常输入范围内动作。

2)开关电源的最 大瞬态干扰承受电压(input surge Withstand),外部电磁干扰经过瞬态抑制器件,或电容电感的滤波后,其残留的干扰,一定不能大于该限值。

3)利用好开关电源模块的绝缘耐压特性 开关电源绝缘耐压,其实是一种共模防护性能。其开关电源其输入+110、-110V与机壳地PG的绝缘强度为AC1500V,也就意味作该电源模块的浪涌、EFT的共模抗扰度至少DC2000V以上,即在通过浪涌、雷击、EFT共模三级(2KV)测试时,不需要添加任何共模防护措施(绝缘防护,共模干扰无法击穿其绝缘材料,导致干扰只能电压没有形成回路,即无法形成有效的电磁干扰)。 如果要通过更高级别的浪涌或雷击测试(如四级,4KV)的话,可以将瞬态抑制器件的共模动作电压提高(如使用动作电压为DC3600V的气体放电管,仅在DC4KV的共模冲击中动作),这样能够在不影响电源抗干扰性能的前提下,提高防护器件的使用寿命(减小动作次数),以及不影响其安规耐压测试(部分耐压测试时,不仅拆除瞬态抑制器件)。

4)了解开关电源的EMI测试方法: 很多的开关电源,是通过UL、3C认证的,其EMI的性能是有保证的。但是集成到系统中,你就会发现RE、CE不通过,很大程度上是开关电源引起的。 这主要是开关电源的EMI测试方法,许多开关电源CE、RE测试时,使用电阻性负载测试(行业通用做法),与系统或带实际负载测试时不一样。 实际负载,可能包含了大量的高频电磁骚扰,通过开关电源模块初/次级之间的寄生电容,耦合到输入线缆上,导致CE、RE测试失败。 因此,即使通过3C、UL等认证的开关电源,我们也要预留EMI整改的空间(如添加滤波器)。

5)了解防护器件的失效机理或弱点,避免防护失效或影响系统的可靠性。譬如压敏电阻可能在多次冲击下,其漏电流增大导致发热自燃或短路(低阻抗化),针对压敏电阻这种问题,在可靠性要求性高的场合,如轨道交通,一般采用串联气体放电管、串联保险丝、提升压敏电阻动作电压(压敏电压的方法)。

6)适当的共模滤波与防护,对于通过EFT、浪涌等EMC是必须的。某些号称能够通过浪涌、EFT测试的开关电源模块,也是带负载电阻进行EMC测试的,其测试时,只要保证不死机(无输出)即可。某开关电源模块(号称可以通过3级EFT\Surge测试)在抗干扰测试中,其+5V电源输出端 口的干扰甚至高达300V,如果不对开关电源进行共模抑制或防护,极容易损坏+5V弱电系统。如果在输出(+5V、GND)上添加共模电感滤波、加TVS管进行瞬态抑制的话,输出端的瞬态过压可以降低到20V以下。

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