從電源模塊的設(shè)計(jì)與應(yīng)用角度看EMC的設(shè)計(jì)優(yōu)化

我們都知道EMC實(shí)踐性很強(qiáng)，但如果我們掌握一些基本原理，在設(shè)計(jì) EMC 前級(jí)電路時(shí)，將更有方向進(jìn)行試驗(yàn)，從而縮短項(xiàng)目開發(fā)的時(shí)間。

完善的浪涌防護(hù)電路搭配性能穩(wěn)定的電源模塊將會(huì)最大程度的保證系統(tǒng)供電的穩(wěn)定可靠。ZLG 致遠(yuǎn)電子自主研發(fā)、生產(chǎn)的隔離電源模塊，具有寬輸入電壓范圍，隔離 1000VDC、1500VDC、3000VDC 及 6000VDC 等多個(gè)系列，封裝形式多樣，兼容國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的 SIP、DIP 等封裝。全系列隔離 DC-DC 電源通過完整的 EMC 測(cè)試，靜電抗擾度高達(dá) 4KV、浪涌抗擾度高達(dá) 2KV，為用戶提供穩(wěn)定、可靠的電源隔離解決方案。

在電源模塊應(yīng)用中，EMC 設(shè)計(jì)往往是重中之重，因?yàn)殛P(guān)乎整個(gè)用戶產(chǎn)品的 EMC 性能。那么如何提升 EMC 性能呢?本文從電源模塊的設(shè)計(jì)與應(yīng)用角度為您解讀。

EMC 測(cè)試又叫做電磁兼容，描述的是產(chǎn)品兩個(gè)方面的性能，即電磁發(fā)射 / 干擾 EME 和電磁抗擾 EMS。EME 中包含傳導(dǎo)和輻射;而 EMS 中又包含靜電、脈沖群、浪涌等。為提升用戶系統(tǒng)穩(wěn)定性，接下來我們將為大家講述如何靈活應(yīng)用以上方法優(yōu)化電源 EMC，本文將從電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用等角度介紹 4 種常用解決方案：

接下來講述增強(qiáng)電源模塊系統(tǒng)穩(wěn)定性的幾個(gè)方案。

一、浪涌防護(hù)電路

電源模塊在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們經(jīng)常使用浪涌防護(hù)電路來確保 EMC 性能，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。浪涌電壓的來源有多種，比如：雷擊、短路故障、設(shè)備頻繁開機(jī)等;話不多說，直接來看浪涌防護(hù)電路該如何設(shè)計(jì)：

如圖 1 所示，為提高輸入級(jí)的浪涌防護(hù)能力，在外圍增加了壓敏電阻和 TVS 管。但圖中的電路(a)、(b)原目的是想實(shí)現(xiàn)兩級(jí)防護(hù)，但可能適得其反。如果(a)中 MOV2 的壓敏電壓和通流能力比 MOV1 低，在強(qiáng)干擾場(chǎng)合，MOV2 可能無法承受浪涌沖擊而提前損壞，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。同樣的，電路(b)，由于 TVS 響應(yīng)速度比 MOV 快，往往是 MOV 未起作用，而 TVS 過早損壞。所以正確的接法一般是如圖(c)、(d)所示，在兩個(gè) MOV 或是 MOV 和 TVS 之間接一個(gè)電感，將防護(hù)器件分隔成兩級(jí)。

圖 1 兩級(jí)浪涌防護(hù)

另外，也可以在 MOV 和 TVS 之間加一個(gè)電阻，可以防止 TVS 先導(dǎo)通到損壞;在選取 R 的時(shí)候要考慮 R 的功耗，以免 R 先損壞;同時(shí)可以并聯(lián)電容，吸收能量，提高抗浪涌能力，如下圖。

注意：MOV 和 TVS 的選型很關(guān)鍵，選擇適當(dāng)?shù)淖畲笤试S電壓和最大通流量很重要，這個(gè)就要參照電源模塊的輸入電壓以及浪涌試驗(yàn)等級(jí)，如果電壓選擇小了后端供電不正常，選擇大了起不到保護(hù)作用，通流量選小了器件容易損壞。

二、電源模塊的 PCB 設(shè)計(jì)

因?yàn)槟K電源產(chǎn)品有模塊電源的 PCB 設(shè)計(jì)規(guī)范要求，它要考慮散熱設(shè)計(jì)、EMC 設(shè)計(jì)、干擾設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)等等，涉及的內(nèi)容非常多，所以 PCB 設(shè)計(jì)在模塊電源產(chǎn)品開發(fā)過程中是作為最重要的環(huán)節(jié)之一來對(duì)待的，如下圖所示：

三、電源模塊的內(nèi)部電路設(shè)計(jì)

電源模塊都不是線性電源類型，都是開關(guān)電源，在開關(guān)管開通、關(guān)斷時(shí)，電壓和電流都會(huì)被斬波，造成較大瞬態(tài)變化(di/dt、dv/dt)，所以開關(guān)電源是較大的 EMC 干擾源。隔離電源模塊常用的電路拓?fù)洌焊綦x正激和隔離反激。通過產(chǎn)品內(nèi)部電路設(shè)計(jì)+PCB 設(shè)計(jì)，使得產(chǎn)品的 EMC 性能達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

四、電源模塊傳導(dǎo)騷擾設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)電源模塊傳導(dǎo)騷擾電路，首先需要分析電源模塊的傳導(dǎo)騷擾情況，并找到對(duì)應(yīng)解決方案。下面列舉一些情況通過示波器進(jìn)行分析：

1、 低頻：150KHz-1MHz 頻率，尤其是開關(guān)頻率點(diǎn)——差模騷擾

解決方案：差模濾波

2、 中頻： 1MHz-10MHz 頻率——差模和共模騷擾

解決方案：適當(dāng)稍加點(diǎn)共模濾波

3、 高頻： 10MHz-30MHz 頻率——共模騷擾

解決方案：共模濾波

所以，為了解決電源模塊傳導(dǎo)騷擾問題，應(yīng)在模塊傳輸路徑上添加差模濾波和共模濾波電路;如下圖所示：

經(jīng)驗(yàn)分享：若經(jīng)示波器測(cè)試某電源模塊頻率范圍為 30MHz-1000MHz;從傳導(dǎo)騷擾波形預(yù)測(cè)輻射騷擾好壞，高頻段呈直線性上升無下跌趨勢(shì)的，產(chǎn)品的輻射騷擾一般都會(huì)很差。