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 Adouwufamanzuyaoqiu,gengbuyongshuoshejiyuliang。suoyidianyuanjishineibudianciganraoshejidengjizaigao,zaiyingyongguochengzhongyidingyaoliuyingyongbufen,juticanshukecankaojutichanpinduiyingdeguigeshu。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
電(dian)源(yuan)除(chu)了(le)要(yao)符(fu)合(he)上(shang)麵(mian)提(ti)到(dao)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)要(yao)求(qiu)外(wai),還(hai)必(bi)須(xu)符(fu)合(he)對(dui)應(ying)應(ying)用(yong)環(huan)境(jing)的(de)抗(kang)擾(rao)度(du)要(yao)求(qiu),如(ru)果(guo)無(wu)法(fa)滿(man)足(zu)此(ci)環(huan)境(jing)的(de)最(zui)低(di)要(yao)求(qiu),那(na)麼(me)就(jiu)會(hui)受(shou)到(dao)周(zhou)圍(wei)其(qi)他(ta)設(she)備(bei)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)影(ying)響(xiang),產(chan)生(sheng)損(sun)壞(huai)、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),tongguozhegeduibikeyikanchu,shejidejiangeyijingfeichangda,danshichanpinchangqizaishichangfangmianshiyongguochengzhong,haihuichuxianyamindianzusunhuai,zuizhongdaozhidianyuanshaohuidexianxiang,jiuqiyuanyinzhuyaoyouliangfangmianyinsu: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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