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[经验] 电源模块的设计——提升 EMC 性能

2020-4-2 09:26:53  966 电源模块 EMC
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电源模块应用中,EMC 设计往往是重中之重,因为关乎整个用户产品的 EMC 性能。那么如何提升 EMC 性能呢?本文从电源模块的设计与应用角度为您解读。

EMC 测试又叫做电磁兼容,描述的是产品两个方面的性能,即电磁发射 / 干扰 EME 和电磁抗扰 EMS。EME 中包含传导和辐射;而 EMS 中又包含静电、脉冲群、浪涌等。为提升用户系统稳定性,接下来我们将为大家讲述如何灵活应用以上方法优化电源 EMC,本文将从电源的设计与应用等角度介绍 4 种常用解决方案:



接下来讲述增强电源模块系统稳定性的几个方案。

一、浪涌防护电路
电源模块在实际应用中,工程师们经常使用浪涌防护电路来确保 EMC 性能,保证系统的稳定性。浪涌电压的来源有多种,比如:雷击、短路故障、设备频繁开机等;话不多说,直接来看浪涌防护电路该如何设计:

如图 1 所示,为提高输入级的浪涌防护能力,在外围增加了压敏电阻和 TVS 管。但图中的电路(a)、(b)原目的是想实现两级防护,但可能适得其反。如果(a)中 MOv2 的压敏电压和通流能力比 MOV1 低,在强干扰场合,MOV2 可能无法承受浪涌冲击而提前损坏,导致整个系统瘫痪。同样的,电路(b),由于 TVS 响应速度比 MOV 快,往往是 MOV 未起作用,而 TVS 过早损坏。所以正确的接法一般是如图(c)、(d)所示,在两个 MOV 或是 MOV 和 TVS 之间接一个电感,将防护器件分隔成两级。


图 1  两级浪涌防护

另外,也可以在 MOV 和 TVS 之间加一个电阻,可以防止 TVS 先导通到损坏;在选取 R 的时候要考虑 R 的功耗,以免 R 先损坏;同时可以并联电容,吸收能量,提高抗浪涌能力,如下图。



注意:MOV 和 TVS 的选型很关键,选择适当的最大允许电压和最大通流量很重要,这个就要参照电源模块的输入电压以及浪涌试验等级,如果电压选择小了后端供电不正常,选择大了起不到保护作用,通流量选小了器件容易损坏。

二、电源模块的 PCB 设计
因为模块电源产品有模块电源的 PCB 设计规范要求,它要考虑散热设计、EMC 设计、干扰设计和生产工艺设计等等,涉及的内容非常多,所以 PCB 设计在模块电源产品开发过程中是作为最重要的环节之一来对待的,如下图所示:



三、电源模块的内部电路设计
电源模块都不是线性电源类型,都是开关电源,在开关管开通、关断时,电压和电流都会被斩波,造成较大瞬态变化(di/dt、dv/dt),所以开关电源是较大的 EMC 干扰源。隔离电源模块常用的电路拓扑:隔离正激和隔离反激。通过产品内部电路设计+PCB 设计,使得产品的 EMC 性能达到最优状态。



四、电源模块传导骚扰设计
设计电源模块传导骚扰电路,首先需要分析电源模块的传导骚扰情况,并找到对应解决方案。下面列举一些情况通过示波器进行分析:

1、    低频:150KHz-1MHz 频率,尤其是开关频率点——差模骚扰

解决方案:差模滤波

2、    中频: 1MHz-10MHz 频率——差模和共模骚扰

解决方案:适当稍加点共模滤波

3、    高频: 10MHz-30MHz 频率——共模骚扰

解决方案:共模滤波

所以,为了解决电源模块传导骚扰问题,应在模块传输路径上添加差模滤波和共模滤波电路;如下图所示:



经验分享:若经示波器测试某电源模块频率范围为 30MHz-1000MHz;从传导骚扰波形预测辐射骚扰好坏,高频段呈直线性上升无下跌趋势的,产品的辐射骚扰一般都会很差。

五、总结
EMC 试验通常实践性很强,但如果我们掌握一些基本原理,在设计 EMC 前级电路时,将更有方向进行试验,从而缩短项目开发的时间。

完善的浪涌防护电路搭配性能稳定的电源模块将会最大程度的保证系统供电的稳定可靠。ZLG 致远电子自主研发、生产的隔离电源模块,具有宽输入电压范围,隔离 1000VDC、1500VDC、3000VDC 及 6000VDC 等多个系列,封装形式多样,兼容国际标准的 SIP、DIP 等封装。全系列隔离 DC-DC 电源通过完整的 EMC 测试,静电抗扰度高达 4KV、浪涌抗扰度高达 2KV,为用户提供稳定、可靠的电源隔离解决方案。

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hzp_bbs 2020-4-2 11:08:21
收藏学习
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王栋春 2020-4-2 12:37:28
感谢楼主分享  如果是复制其它网络资源  请注明出处
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lyhfei 2020-4-7 21:34:45
讲得很好,学习了
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