電源模塊抗浪涌干擾整改實(shí)例

引言

開(kāi)關(guān)操作、電容器組的切換、晶閘管的通斷、對(duì)地短路或電弧故障等都可以在電網(wǎng)上產(chǎn)生過(guò)電壓或過(guò)電流。

浪涌沖擊試驗(yàn)即是模擬這種過(guò)電壓和過(guò)電流的干擾試驗(yàn)。連接到電網(wǎng)上的電子設(shè)備都有浪涌沖擊抗擾度的要求，一般是根據(jù)GB/T 17626.5規(guī)定的測(cè)試方法進(jìn)行試驗(yàn)。

在標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)調(diào)被測(cè)設(shè)備處于工作狀態(tài)，要求不能改變工作模式、不能有數(shù)據(jù)丟失。目前開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中頻率逐漸升高、數(shù)字控制部分越來(lái)越多，對(duì)干擾越來(lái)越敏感。在抗干擾試驗(yàn)中很多故障都是因?yàn)榭刂齐娐吩O(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的。下面通過(guò)一個(gè)實(shí)際案例說(shuō)明開(kāi)關(guān)電源在抗干擾試驗(yàn)中遇到的典型問(wèn)題及設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的細(xì)節(jié)。

1 被測(cè)產(chǎn)品

被測(cè)產(chǎn)品是一個(gè)使用220 V 交流供電的電子產(chǎn)品，主要由電源模塊和數(shù)字處理模塊組成，如圖1 所示。本次試驗(yàn)主要針對(duì)電源的抗干擾問(wèn)題，介紹電源模塊的組成及原理。

這個(gè)電源由輸入單元、有源功率因數(shù)校正單元、開(kāi)關(guān)功率轉(zhuǎn)換及輸出單元組成。其中有源PFC即主動(dòng)式PFC使用主動(dòng)組件、控制線(xiàn)路及功率型開(kāi)關(guān)式組件，基本運(yùn)作原理為調(diào)整輸入電流波型使其與輸入電壓波形盡可能相似，功率因素校正值可達(dá)近乎100%.另外主動(dòng)式PFC可使電源供應(yīng)器輸入電壓范圍從90V直流)擴(kuò)增到264 V(直流)。功率轉(zhuǎn)換單元包括電子開(kāi)關(guān)、脈寬調(diào)制控制及反饋等功能;輸出單元包括二次整流和平滑濾波等功能。

2 試驗(yàn)現(xiàn)象

這是一個(gè)對(duì)數(shù)字電子產(chǎn)品進(jìn)行浪涌沖擊試驗(yàn)的案例。這款電子設(shè)備采用220V交流供電，經(jīng)過(guò)內(nèi)部電源模塊(包括開(kāi)關(guān)電源及控制電路)變?yōu)?3V直流供后面的數(shù)字電路使用。

按照GB/T 17626.5規(guī)定的測(cè)試方法，對(duì)這款設(shè)備的AC輸入端口注入2kV的混合波時(shí)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備重啟。首先判斷是電源部分導(dǎo)致的重啟還是因?yàn)閿?shù)字處理電路部分受到干擾導(dǎo)致的重啟。反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)電源輸出和重要的系統(tǒng)啟動(dòng)等信號(hào)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)在浪涌沖擊時(shí)電源輸出的直流電壓中斷。

從示波器抓到的電源輸出波形圖可以看出，電源模塊的輸出中斷大概100ms并自動(dòng)重啟恢復(fù)輸出53.5V.

期間電源模塊前面板綠色指示燈閃爍一次。為確認(rèn)不是后面數(shù)字電路的影響，把電源模塊單獨(dú)拿出來(lái)連接電阻負(fù)載重新進(jìn)行試驗(yàn)，復(fù)現(xiàn)了這種情況。

3 問(wèn)題分析

(1)首先，懷疑在浪涌注入時(shí)整流器次級(jí)MCU重啟。但是在增強(qiáng)次級(jí)輔助電源濾波器和重啟管腳的濾波器后沒(méi)有什么作用。檢查這個(gè)MCU的信號(hào)管腳，并沒(méi)有錯(cuò)誤發(fā)生。所以這個(gè)整流器停止工作原因在初級(jí)。

(2)其次，在做過(guò)多次測(cè)試后，確定AC側(cè)過(guò)壓檢測(cè)電路動(dòng)作。這個(gè)過(guò)壓動(dòng)作原因是浪涌的尖刺進(jìn)入到電壓保持電路中。通過(guò)圖 可知，這里沒(méi)有保持時(shí)間，當(dāng)浪涌注入時(shí)，這個(gè)輸入過(guò)壓電路立刻動(dòng)作。正常的過(guò)壓保護(hù)點(diǎn)在300V.

這個(gè)峰值檢波器總是很敏感，采用RC濾波器就可以濾除浪涌尖刺，避免下一個(gè)比較電路動(dòng)作，如圖所示。

過(guò)電壓檢測(cè)電路

修改后的過(guò)電壓檢測(cè)電路

(3)第三，修改了過(guò)電壓檢測(cè)電路后重新進(jìn)行浪涌沖擊試驗(yàn)，電源輸出仍然會(huì)中斷。在優(yōu)化峰值檢波器電路后，這個(gè)輸入過(guò)壓保護(hù)電路在浪涌注入時(shí)就不會(huì)動(dòng)作了。但是PFC會(huì)控制IC停止工作導(dǎo)致整流器沒(méi)有輸出。

當(dāng)浪涌進(jìn)入到AC端口時(shí)，一個(gè)大的浪涌電流中一小部分會(huì)通過(guò)PFC的電流采樣電阻。通過(guò)這個(gè)采樣電阻，一個(gè)較大的負(fù)峰尖刺就產(chǎn)生了，并干擾PFC的控制IC進(jìn)入保護(hù)模式一定時(shí)間。期間電源模塊仍然是工作的。

在浪涌發(fā)生后，PFC控制IC停止工作但開(kāi)關(guān)電源模塊仍然保持輸出。鏈路電壓跌落最后也導(dǎo)致了電源模塊輸出跌落并最后中斷。

我們?cè)诳刂艻C的檢測(cè)管腳增加了鉗位二極管，如圖6所示。修改后再次進(jìn)行浪涌注入試驗(yàn)，就沒(méi)有保護(hù)產(chǎn)生了。

4 結(jié)語(yǔ)

導(dǎo)致電源模塊抗浪涌試驗(yàn)失敗的因素很多，在實(shí)際的電源設(shè)計(jì)中應(yīng)仔細(xì)檢查，尤其是電源的控制信號(hào)回路必須設(shè)計(jì)一定的抗干擾能力，才能保證整機(jī)的抗干擾性能