開關電源係統的電磁兼容問題分析
發布時間:2019-07-05 責任編輯:xueqi
【導讀】開關電源係統的電磁幹擾在傳輸途徑方麵主要是包括兩個方麵:一是沿著線束進行傳輸,這方麵主要包括沿著電源端口進行傳輸以及信號端口進行傳輸;另一方麵主要是沿著空間進行傳輸。
隨(sui)著(zhe)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)的(de)飛(fei)速(su)發(fa)展(zhan),電(dian)子(zi)設(she)備(bei)同(tong)時(shi)也(ye)朝(chao)著(zhe)功(gong)能(neng)集(ji)成(cheng)化(hua),體(ti)積(ji)小(xiao)型(xing)化(hua)方(fang)向(xiang)發(fa)展(zhan),這(zhe)給(gei)我(wo)們(men)帶(dai)來(lai)諸(zhu)多(duo)的(de)便(bian)利(li),但(dan)是(shi)各(ge)種(zhong)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)磁(ci)耦(ou)合(he)也(ye)成(cheng)了(le)工(gong)程(cheng)師(shi)們(men)麵(mian)對(dui)的(de)主(zhu)要(yao)問(wen)題(ti)。電(dian)子(zi)環(huan)境(jing)汙(wu)染(ran)的(de)危(wei)害(hai)性(xing)不(bu)亞(ya)於(yu)傳(chuan)統(tong)的(de)環(huan)境(jing)汙(wu)染(ran)。而(er)電(dian)磁(ci)汙(wu)染(ran)作(zuo)為(wei)環(huan)境(jing)汙(wu)染(ran)的(de)一(yi)部(bu)分(fen)也(ye)被(bei)提(ti)上(shang)了(le)議(yi)程(cheng)。電(dian)子(zi)設(she)備(bei)在(zai)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)時(shi)候(hou),會(hui)承(cheng)受(shou)各(ge)種(zhong)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao),包(bao)括(kuo)自(zi)身(shen)內(nei)部(bu)器(qi)件(jian)的(de)相(xiang)互(hu)幹(gan)擾(rao),以(yi)及(ji)周(zhou)圍(wei)其(qi)他(ta)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)的(de)幹(gan)擾(rao),同(tong)時(shi)會(hui)對(dui)周(zhou)圍(wei)其(qi)他(ta)的(de)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)產(chan)生(sheng)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)。電(dian)子(zi)設(she)備(bei)在(zai)不(bu)同(tong)應(ying)用(yong)環(huan)境(jing)中(zhong)(家用、工控、電力)要求差異性非常大,這方麵可以參考通用標準IEC/EN61000-6係列或者對應產品的行業要求。
這種電磁幹擾在傳輸途徑方麵主要是包括兩個方麵:一是沿著線束進行傳輸,這方麵主要包括沿著電源端口進行傳輸以及信號端口進行傳輸;另一方麵主要是沿著空間進行傳輸。
1 電磁幹擾
電源在它的應用環境中必須符合對應的最低發射能量要求,否則就會對周圍環境的設備產生幹擾,標準IEC/EN61000-6按照通用類型的要求,分為工業環境設備要求和住宅區、商業區和輕工業環境的發射要求;對於電源這種通用類產品,在設計初期電磁幹擾定位除非是特別的型號,否則都會按照IEC/EN61000-6-3或者IEC/EN61000-6-4執行設計。
隨著電源的體積不斷的小型化,功率密度不斷的增加,對於電源本身的電磁幹擾設計難度不斷的加大,MORNSUN目前市場上所有的AC-DC不僅內置了濾波器,同時在變壓器屏蔽方麵、功率器件噪聲吸收方麵都投入了大量的設計成本,滿足承諾的指標要求;R2代小功率DC-DC產品全部采用六麵屏蔽結構進行設計,滿足行業EN55022/CISPR 22、EN55011/CISPR 11的CLASS A要求,符合基礎性行業的等級要求。
雖(sui)然(ran)電(dian)源(yuan)自(zi)身(shen)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)方(fang)麵(mian)投(tou)入(ru)了(le)很(hen)大(da)的(de)設(she)計(ji)成(cheng)本(ben),也(ye)符(fu)合(he)承(cheng)諾(nuo)的(de)各(ge)項(xiang)指(zhi)標(biao)要(yao)求(qiu),但(dan)是(shi)電(dian)源(yuan)在(zai)市(shi)場(chang)應(ying)用(yong)方(fang)麵(mian)還(hai)是(shi)難(nan)免(mian)出(chu)現(xian)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)超(chao)標(biao)的(de)問(wen)題(ti);此ci時shi,很hen多duo的de設she計ji工gong程cheng師shi都dou會hui認ren為wei問wen題ti的de根gen源yuan在zai於yu電dian源yuan,這zhe方fang麵mian的de認ren識shi其qi實shi是shi有you誤wu區qu的de,因yin為wei電dian磁ci幹gan擾rao傳chuan導dao騷sao擾rao測ce試shi項xiang目mu,主zhu要yao是shi針zhen對dui電dian源yuan端duan口kou的de,那na麼me電dian源yuan端duan口kou就jiu成cheng了le他ta的de傳chuan輸shu路lu逕jing,所suo有you的de電dian磁ci幹gan擾rao都dou會hui經jing過guo電dian源yuan端duan口kou到dao達da被bei測ce設she備bei,但dan是shi測ce試shi設she備bei測ce試shi到dao的de電dian磁ci幹gan擾rao除chu了le來lai自zi電dian源yuan本ben身shen外wai,主zhu要yao的de部bu分fen還hai包bao括kuo整zheng機ji中zhong的de其qi他ta部bu分fen產chan生sheng的de電dian磁ci幹gan擾rao,以yi及ji設she備bei內nei部bu寄ji生sheng參can數shu的de諧xie振zhen產chan生sheng的de電dian磁ci幹gan擾rao,這zhe一yi類lei電dian磁ci幹gan擾rao會hui通tong過guo電dian源yuan端duan口kou耦ou合he到dao測ce試shi設she備bei,電dian源yuan內nei部bu的de濾lv波bo器qi是shi無wu法fa進jin行xing實shi現xian對dui這zhe部bu分fen電dian磁ci幹gan擾rao進jin行xing濾lv波bo,電dian源yuan應ying用yong環huan境jing千qian差cha萬wan別bie,所suo有you電dian源yuan設she計ji濾lv波bo器qi部bu分fen都dou是shi以yi解jie決jue自zi身shen的de幹gan擾rao為wei首shou要yao考kao慮lv條tiao件jian的de同tong時shi,濾lv波bo器qi衰shuai減jian特te性xing及ji頻pin譜pu特te性xing盡jin量liang會hui預yu留liu最zui大da的de餘yu量liang,但dan不bu可ke能neng兼jian容rong所suo有you應ying用yong場chang合he;那麼這就要求我們的整機設計人員在設計電源前端時候,一定要按照電源廠家推薦的應用電路進行設計,例如:LH15產品應用過程中出現EMI超標問題(見下圖)。

上圖為MORNSUN電源LH15-10B05傳導騷擾測試結果,此結果符合EN55022/CISPR22的CLASS B要求,而且餘量非常充分。

上圖為MORNSUN電源LH15-10B05的電源應用到某品牌產品上麵後,整機測試傳導騷擾結果,此結果無法符合EN55022/CISPR22的CLASS B要求,甚至連CLASS A都dou無wu法fa滿man足zu要yao求qiu,更geng不bu用yong說shuo設she計ji餘yu量liang。所suo以yi電dian源yuan即ji使shi內nei部bu電dian磁ci幹gan擾rao設she計ji等deng級ji再zai高gao,在zai應ying用yong過guo程cheng中zhong一yi定ding要yao留liu應ying用yong部bu分fen,具ju體ti參can數shu可ke參can考kao具ju體ti產chan品pin對dui應ying的de規gui格ge書shu。MORNSUN的電源產品在規格書中都會有應用電路這一欄,會將在應用電路的基礎上實現的指標,描述的非常詳細。
2 電磁抗擾度
dianyuanchuleyaofuheshangmiantidaodianciganraoyaoqiuwai,haibixufuheduiyingyingyonghuanjingdekangraoduyaoqiu,ruguowufamanzucihuanjingdezuidiyaoqiu,namejiuhuishoudaozhouweiqitashebeichanshengdedianciganraodeyingxiang,chanshengsunhuai、輸出不穩定等異常現象,最終影響整機的正常工作。
對於電源這種通用類產品,並沒有具體的標準要求抗擾度性能達到一定的等級,在應用到具體的行業時候參考行業的標準;但是在設計初期,並沒有定位具體的行業,隻能參考通用類標準IEC/EN61000-6的具體要求,標準IEC/EN61000-6-1/2分為工業環境設備抗擾度要求和住宅區、商業區和輕工業環境的抗擾度要求。MORNSUN電源AC-DC部分都是按照工業類型產品最嚴格的等級在進行設計,同時保證了設計的餘量非常充分,目前此類型電源承諾四級指標2KV(差摸)/4KV(共模)的防護能力的產品,內部設計的端口防護壓敏電阻都用的是14D的規格(見下圖)

通過下表可以明顯看出14D的規格持續通流量可以達到4.5KA,那麼承諾的指標隻有1KA(差摸)/333KA(共模),通(tong)過(guo)這(zhe)個(ge)對(dui)比(bi)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu),設(she)計(ji)的(de)降(jiang)額(e)已(yi)經(jing)非(fei)常(chang)大(da),但(dan)是(shi)產(chan)品(pin)長(chang)期(qi)在(zai)市(shi)場(chang)方(fang)麵(mian)使(shi)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong),還(hai)會(hui)出(chu)現(xian)壓(ya)敏(min)電(dian)阻(zu)損(sun)壞(huai),最(zui)終(zhong)導(dao)致(zhi)電(dian)源(yuan)燒(shao)毀(hui)的(de)現(xian)象(xiang),究(jiu)其(qi)原(yuan)因(yin)主(zhu)要(yao)有(you)兩(liang)方(fang)麵(mian)因(yin)素(su):一方麵是由於壓敏電阻自身的老化原因產生的,目前市場上麵非常常用的ZnO壓敏電阻,中間是ZnO顆(ke)粒(li)構(gou)成(cheng)的(de)絕(jue)緣(yuan)層(ceng),兩(liang)麵(mian)通(tong)過(guo)鍍(du)銀(yin)形(xing)成(cheng)電(dian)極(ji),當(dang)兩(liang)麵(mian)電(dian)極(ji)的(de)電(dian)壓(ya)超(chao)他(ta)的(de)閥(fa)值(zhi)電(dian)壓(ya)時(shi)候(hou),漏(lou)電(dian)流(liu)會(hui)急(ji)劇(ju)增(zeng)大(da),最(zui)終(zhong)形(xing)成(cheng)瞬(shun)態(tai)電(dian)流(liu)泄(xie)放(fang),起(qi)到(dao)防(fang)護(hu)的(de)作(zuo)用(yong)。
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