FTU係統控製板共模浪湧(SURGE)幹擾案例分析
發布時間:2017-08-22 責任編輯:susan
【導讀】某廠商在設計和生產FTU係統控製器時,選用具有蓄電池充電功能的AC-DC電源模塊,以滿足FTU由市電220VAC和後備電源供電的要求。該電源模塊本身已符合相關的EMC性能等級要求,但客戶在進行控製器整體EMC共模浪湧測試項目時,發現係統控製板存在複位重啟等工作異常情況。
根據客戶反饋其在設計選型時,已結合係統參數選擇滿足對應EMC等級要求的隔離開關電源產品,理應不存在此類工作異常情況。這容易誤以為是電源模塊問題。
為此,針對客戶的設計情況,結合相關性能規範要求,進行整體電源設計方案分析和整改。
一、原因分析:
經溝通排除參數設定錯誤、人為誤判等情況,在客戶依據標準規範要求,針對電源回路進行共模浪湧4級測試時,存在浪湧幹擾時控製板出現異常現象,浪湧實驗結束時異常現象同步消失。這說明係統板確實受到共模浪湧幹擾。

圖1.客戶FTU係統電源方案
上圖1為客戶的FTU係統電源方案。如果按照我司常規對EMC的測試操作規範的理解,電源回路打浪湧則應用時在前端AC-DC電源模塊端口進行,共模浪湧幹擾的路徑存在於L/N到PE的閉環路徑上。
路徑1:AC-DC內部L/N直接到PE;
路徑2:通過L/N、AC-DC輸出端、Y電容連到PE;
路徑3:通過L/N、AC-DC輸出端、DC-DC模塊、控製板空間耦合到PE。
既然控製板受到影響,那麼一定是通過路徑3造成的影響。但AC-DC模塊的耐壓隔離分別為3000VAC和1500VDC,加上控製板與PE隻能通過空間耦合,因此該問題明顯無法直接判定根本原因。
進一步與客戶溝通,發現標準所表明的電源回路其實包括輸入、輸出兩部分,這與單個電源模塊進行電源輸入端的浪湧測試存在差異。客戶就是在AC-DC電源輸出端進行浪湧四級測試時,才出現的異常狀況。
二、試驗驗證:
按照客戶電壓方案進行AC-DC電源輸出端浪湧測試,則等同於DC-DC電源輸入端浪湧測試。因為VRB-R3係列電源裸機是不具備相應的抗浪湧能力,並且其各類耐壓隻有1500VDC。雖然其沒有PE輸入端,但進行4KV的共模浪湧一定會對產品造成損傷,其共模幹擾會直接對後端的控製板造成影響;尤其是當控製板與箱體的距離很近時,將形成幹擾路徑。經過實際模擬試驗也證實以上的幹擾分析。
三、整改過程:
結合幹擾三要素(幹擾源、傳播路徑、被幹擾對象),幹擾源即為符合標準要求的共模浪湧4級,這因素是無法進行消除和改變;被幹擾對象是其控製電路無法直接參與修改;因此隻能通過傳播路徑進行優化整改。
優化措施1:在傳播路徑上進行幹擾信號旁路處理
如圖1所示,若直接將Y電容更換為20D470K壓敏電阻進行鉗位,且後端DC-DC又具備一定隔離能力,客戶整體實驗結果確認OK。但此類係統標準規範要求AC-DC的輸出端對其PE端滿足2.5KVACdegelinaiya。ercanyadideremindianzuwufamanzugainaiyayaoqiu,yincigaiyouhuacuoshibukexing。kehuxuzhenduiyaoxinduankoudajingdian,zaiquebaonaiyaceshideloudianliubuchaobiaoqingkuangxia,yexuyaobaoliuzheY電容。
優化措施2:在傳播路徑上進行信號抑製處理
如下圖2所示,添加FS-A01D即為在重播路徑上進行浪湧幹擾抑製,同時將DC-DC電源模塊更換為隔離耐壓3000VDC的URF-R3係列,進一步提升幹擾信號的抑製能力;在AC-DC輸出的直流電壓正負直接並聯20D470壓敏電阻,避免浪湧瞬間直流電壓波動影響;同時建議客戶排查其控製板是否存在外接的線路與外殼太近,需用用膠帶固定避免安裝時貼近外殼。

圖2.優化整改的FTU係統電源方案
四、總結:
1.分析方法:首先需要精準的定位問題發生的根源——因係統標準與單電源模塊的規範要求有差異,針對配網自動化的浪湧測試包括AC-DC電源輸出回路。確認問題的起因之後,才能針對問題進行理論層麵的猜測和實驗確認。
2.方案優化:舊方案問題在於初步選擇器件規格時,同樣忽略了標準的差異,使得後端DC-DC模(mo)塊(kuai)隔(ge)離(li)抑(yi)製(zhi)能(neng)力(li)不(bu)足(zu),且(qie)未(wei)進(jin)行(xing)浪(lang)湧(yong)防(fang)護(hu)。新(xin)方(fang)案(an)整(zheng)改(gai)時(shi),需(xu)要(yao)全(quan)麵(mian)了(le)解(jie)客(ke)戶(hu)整(zheng)體(ti)係(xi)統(tong)的(de)相(xiang)關(guan)要(yao)求(qiu),避(bi)免(mian)將(jiang)浪(lang)湧(yong)問(wen)題(ti)轉(zhuan)移(yi)為(wei)耐(nai)壓(ya)問(wen)題(ti),或(huo)靜(jing)電(dian)問(wen)題(ti)。
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