從電源模塊的設(shè)計與應(yīng)用角度看EMC的設(shè)計優(yōu)化

我們都知道EMC實踐性很強，但如果我們掌握一些基本原理，在設(shè)計 EMC 前級電路時，將更有方向進(jìn)行試驗，從而縮短項目開發(fā)的時間。

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 等多個系列，封裝形式多樣，兼容國際標(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)計往往是重中之重，因為關(guān)乎整個用戶產(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)計與應(yīng)用角度為您解讀。

EMC 測試又叫做電磁兼容，描述的是產(chǎn)品兩個方面的性能，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)計與應(yīng)用等角度介紹 4 種常用解決方案：

接下來講述增強電源模塊系統(tǒng)穩(wěn)定性的幾個方案。

一、浪涌防護(hù)電路

電源模塊在實際應(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：

如圖 1 所示，為提高輸入級的浪涌防護(hù)能力，在外圍增加了壓敏電阻和 TVS 管。但圖中的電路(a)、(b)原目的是想實現(xiàn)兩級防護(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，在強干擾場合，MOV2 可能無法承受浪涌沖擊而提前損壞，導(dǎo)致整個系統(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 MOV 或是 MOV 和 TVS 之間接一個電感，將防護(hù)器件分隔成兩級。

圖 1 兩級浪涌防護(hù)

另外，也可以在 MOV 和 TVS 之間加一個電阻，可以防止 TVS 先導(dǎo)通到損壞;在選取 R 的時候要考慮 R 的功耗，以免 R 先損壞;同時可以并聯(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，這個就要參照電源模塊的輸入電壓以及浪涌試驗等級，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

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

三、電源模塊的內(nèi)部電路設(shè)計

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，電壓和電流都會被斬波，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+PCB 設(shè)計，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

設(shè)計電源模塊傳導(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——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)驗分享：若經(jīng)示波器測試某電源模塊頻率范圍為 30MHz-1000MHz;從傳導(dǎo)騷擾波形預(yù)測輻射騷擾好壞，高頻段呈直線性上升無下跌趨勢的，產(chǎn)品的輻射騷擾一般都會很差。