電源模塊EMC設計

　　眾所周知，EMC是指電磁兼容測試，指設備所產(chǎn)生的電磁能量既不對其它設備產(chǎn)生干擾，也不受其他設備的電磁能量干擾的能力。隔離電源模塊的EMC測試包含EMI(電磁干擾)測試和EMS(電磁抗擾度)測試兩項，那么如何保證電源模塊的EMC性能呢?這里將為大家揭曉。

　　1、EMC簡(jiǎn)介

　　EMI電磁干擾指被測設備對周?chē)O備產(chǎn)生干擾的能力，主要包括傳導騷擾CE、 輻射騷擾RE。電源模塊的EMS電磁抗擾度指由于在正常運行時(shí)，設備或系統能承受相應標準規定范圍內的電磁能量干擾，根據國標根據國標GB/T 16821-2007 《通信用電源設備通用試驗方法》中規定電源模塊測試主要包括群脈沖抗擾度(EFT)、浪涌抗擾度(SURGE)、靜電放電抗擾、輻射抗擾度等項目。

　　EMC的產(chǎn)生必須具備的三要素，干擾源、傳輸介質(zhì)以及敏感設備，如下圖1所示。三者缺一個(gè)都構不成EMC問(wèn)題，那么電源模塊的設計中僅需針對其中一個(gè)方面進(jìn)行整改即可實(shí)現EMC防護，例如從干擾源進(jìn)行根除、改善傳輸介質(zhì)避免干擾傳遞或將敏感設備遠離干擾源等方法。

　　圖1 EMC三要素

　　2、EMC干擾防護第一式——電路設計

　　高功率密度、高轉換效率的電源模塊一般都是開(kāi)關(guān)電源，在開(kāi)關(guān)管開(kāi)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)，所以電源模塊不論其使用什么樣的拓撲結構，只要是開(kāi)關(guān)電源，其都會(huì )產(chǎn)生一定程度的EMC干擾如圖2所示。

　　圖2 開(kāi)關(guān)電源常見(jiàn)拓撲與斬波

　　電源模塊的EMC性能可通過(guò)優(yōu)化自身拓撲結構和規范PCB設計進(jìn)行提升。例如：

　　l電路設計中，以先保護后濾波為原則，保護器件應放置在離產(chǎn)品的靜電導入口最近的地方;

　　l拓撲設計中，選擇連續導通模式(CCM)的拓撲，例如Boost、全橋、推挽等拓撲;

　　l在電路防護方面，開(kāi)關(guān)管建議加RC吸收電路和RCD吸收電路，且靠近開(kāi)關(guān)管放置，從而降低尖峰電壓，在EMC傳輸路徑上使用π型濾波和全波整流電路等濾波電路，具體可參考圖3;

　　lPCB設計中，盡可能地大面積鋪地，并且盡量減小對地平面的分割，減小回路面積，從而降低干擾。避免出現大面積孤立銅區，大面積孤立銅區會(huì )因電磁等原因影響模塊的可靠性;減少布線(xiàn)的長(cháng)度，從而減小動(dòng)態(tài)節點(diǎn)處電感，避免產(chǎn)生較強的電磁場(chǎng)。

　　圖3 電源模塊EMC優(yōu)化拓撲

　　3、EMC干擾防護第二式——器件選擇

　　電源模塊的元器件選擇會(huì )直接的影響模塊的整體性能，接下來(lái)將為大家從電源芯片、高頻變壓器、場(chǎng)效應管以及共模電感等方面介紹，具體如下所示。

　　l高頻變壓器：應保證直流損耗低、交流損耗低，漏感小，并且需要良好的繞組布局讓繞組之間有良好的屏蔽，從而使開(kāi)關(guān)電源工作時(shí)，在漏極產(chǎn)生的尖峰盡可能的小;

　　l場(chǎng)效應管：關(guān)注其導通電阻和低柵極電荷兩項參數，這兩項即影響模塊的EMC性能也影響整體的效率，所以要做好兩者的平衡;

　　l共模電感：與其他無(wú)源器件相同，關(guān)注其電參數，例如額定電壓、額定電流、電感量以及漏感等參數

　　l濾波電容：應用于輸入端進(jìn)行濾波;應用于輸出端吸收開(kāi)關(guān)頻率及高次諧波電流分量，需求趨勢是小型大容量化、高頻低阻抗化以及高耐壓;

　　l壓敏電阻：要求最大直流工作電壓大于電源及信號線(xiàn)直流工作電壓。

　　圖4 電源模塊部分元器件

　　4、EMC干擾防護第三式——外圍保護

　　電源模塊作為模塊類(lèi)產(chǎn)品，對于體積的要求較高，如果僅要依靠電源模塊內部的設計滿(mǎn)足要求，則產(chǎn)品的體積會(huì )非常之大，成本會(huì )非常昂貴，因為吸收EMS的電子元器件的體積都很大，所以高等級的EMC干擾防護只能通過(guò)外圍電路設計來(lái)滿(mǎn)足系統的EMS要求。

　　根據國標GB/T 16821-2007 《通信用電源設備通用試驗方法》中規定，傳導騷擾(CE)的波形大體是分為三種成份組成，分別是低頻(150KHz~0.5MHz)、中頻(0.5MHz~5MHz)以及高頻(5MHz~30MHz)。而針對不同情況則需要不同的外圍電路進(jìn)行解決。

　　低頻：屬于差模騷擾，使用差模濾波電路解決;

　　中頻：同時(shí)有差模和共模騷擾，由共模濾波電路和差模濾波電路共同解決;

　　高頻：屬于共模騷擾，使用差模濾波電路解決。

　　電源線(xiàn)中往往同時(shí)存在共模和差模干擾，因此電源EMI濾波器是由共模濾波電路和差模濾波電路綜合構成，如圖5所示。

　　圖5 電源模塊EMC外圍推薦電路

　　5、EMC干擾防護第四式——優(yōu)質(zhì)的電源模塊

　　對于自主搭建的電源模塊，不僅研發(fā)周期較長(cháng)和生產(chǎn)成本較高，且產(chǎn)品的一致性與可靠性均難以保證，此時(shí)可以選用一款優(yōu)質(zhì)的電源模塊進(jìn)行產(chǎn)品設計。

　　ZLG致遠電子自主研發(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，兼容國際標準的SIP、DIP等封裝。同時(shí)致遠電子為保證電源產(chǎn)品性能建設了行業(yè)內一流的測試實(shí)驗室，配備最先進(jìn)、齊全的測試設備，全系列隔離DC-DC電源通過(guò)完整的EMC測試，靜電抗擾度高達4KV、浪涌抗擾度高達2KV，可應用于絕大部分復雜惡劣的工業(yè)現場(chǎng)，為用戶(hù)提供穩定、可靠的電源隔離解決方案。