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[问答] 采用DC/DC 转换器产品设计中,怎样避免电磁兼容/干扰问题?
253 EMI 电磁兼容 电源
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电磁兼容性 (EMC) 标准的合规性是一项非常重要的任务,与产品开发成本和上市时间息息相关。

对于 DC/DC 转换器而言,虽然采用开关更快的电源器件可以提升开关频率并缩小尺寸,但在开关转换期间出现的开关电压和电流转换率(dv/dt 和 di/dt)有所提升,通常引起 EMI 加剧,导致整个系统出现问题。如何有效才能避免更了关键性问题?
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3 天前   评论 分享淘帖 邀请回答
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EMC 指系统或内含元器件在其电磁环境中按要求运行,不会对环境中的任何设备产生超出容限的电磁干扰的能力。此类干扰可能造成严重后果,因此各种国内和国际监管规范中均设立了 EMC 条款。
在欧盟区域内,通信市场销售的电源产品多年来通常采用 EN 55022/CISPR 22 产品标准,从而在传导和辐射发射两方面满足合规性要求,欧盟之外参照此标准的电源产品使用 CE 符合性声明 (DoC),满足欧盟 EMC 指令 2014/30/EU 的合规性。
针对北美市场设计的产品符合FCC 第 15 部分的限值。IEC 61000-6-3 和 IEC 61000-6-4 通用 EMC 标准分别适用于轻工业和工业环境。
然而,在辐射方面,EN 55032 产品标准已取代 EN 55022 (ITE)、EN 55013(广播接收器和相关设备)和 EN 55103-1(音视频设备)。这一新标准正式成为符合 EMC 指令的统一辐射标准。更具体地说,之前根据 EN 55022 进行测试并在 2017 年 3 月 2 日后运往欧盟的所有产品,必须符合 EN 55032 的要求。
随着 EN 55022 标准撤销并由 EN 55032 取代,电源制造商和供应商需要按照新标准更新其 DoC 证书,从而合法地使用 CE 认证徽标。图 1 显示了在 150kHz 至 30MHz 的适用频率范围内,使用准峰值 (QP) 和平均值 (AVG) 信号检测器进行的传导发射的 EN 55022/32 A 类和 B 类限值。


图 1:使用准峰值和平均值检测器的 EN 55022 A 类和 B 类传导发射限值。
对于汽车终端设备,未来 EMC 合规性的主要推动力无疑来自于通过车辆间通信支持的自主车辆。针对“板载接收器保护”的 CISPR 25 规范已针对传导发射设置了严格的限制,在 FM 频带(76MHz 至 108MHz)的限制尤为严格。
从监管角度而言,UNECE 10 号法规在 2014 年 11 月取代了欧盟的汽车 EMC 指令 2004/104/EC,其中要求制造商必须取得所有车辆、电子元器件 (ESA)、元器件和独立技术单元的型式认证。
CISPR 25 测试的传导发射均在150kHz 至 108MHz频率范围的特定频带内进行测量。具体而言,调节频率范围分布在 AM 广播、FM 广播和移动服务频带之间,如图 2 中的图象和表格所示。图 2 还绘制了 CISPR 25 5 类(最严苛的要求)的相关限值图象。尽管频带之间的带隙允许更高的噪声尖峰,但汽车制造商可能会根据其特定的内部 EMC 要求选择扩展这些频率范围。这些要求通常基于国际 IEC 标准,仅更改不同测试或限值的少量参数,其核心内容保持不变。


图 2:CISPR 25 5 类传导发射限值
为了应对 CISPR 25 限值带来的挑战,尤其是 FM 频带方面,请注意,50Ω测量电阻产生的 18dBμV 对应的噪声电流仅为 159nA。

LISN 测量 EUT 产生的传导发射。它是插入 EMI 源和电源之间测量点的接口,确保 EMI 测量结果的可重复性和可比较性。图 3 所示为根据 CISPR 16-1-2 [12] 或 ANSI C63.4标准定义的标准 50μH LISN 的功能等效电路(并非完整原理图)。
LISN 提供:
• 在给定频率范围内,产生经过校准的稳定信号源阻抗。
• 在该频率范围内,将 EUT 和测量设备与输入电源隔离。
• 与测量设备建立安全适用的连接。
• 单独测量两条线路的总噪声级别,图 3 中以L和N表示。


图 3:使用 V 型 LISN 进行的传导发射测量
简而言之,使用信号源阻抗已知的预定义测试方案能够获得可重复性结果。注:LISN 可能包含一个或多个独立 LISN 电路。
LISN 的实质是 pi 滤波器网络。通过低通电感-电容 (LC) 滤波器,EUT 与输入电源线 L 和 N 相连,如图 3 所示。LISN 电感值基于在产品理想安装状态下,电源线的预期电感。
CISPR 16 和 ANSI C63.4 为 LISN 指定了一个 50μH 电感,该值与电信设备中约 50 米的配电布线系统的电感相符。相反,CISPR 25 指定 5μH LISN,与汽车线束的近似电感相对应。
LISN 为噪声发射信号提供明确定义的阻抗。LISN 制造商通常提供校准曲线,指示特定测量频率范围内的标称阻抗。根据 CISPR 16-1-2,允许的容差是±20% 的幅值和±11.5°的相位。
对于使用 EMI 接收器或频谱分析仪进行的测量,噪声信号可通过高通滤波器网络(如图 3 所示)获得,该网络的耦合电容为 0.1μF,放电电阻为 1kΩ,测量端口的端接电阻为 50Ω。图 4 显示了在 150kHz 至 30MHz 的频率范围,(50μH + 5Ω) || 50Ω LISN 的模拟阻抗图。


图 4:在 150kHz 至 30MHz 的调节频率范围内,测量端口处的 50Ω,50μH LISN 标称阻抗特性。

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