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簡介

　　EMI電磁干擾指被測設備對周圍設備產(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，設備或系統(tǒng)能承受相應標準規(guī)定范圍內的電磁能量干擾，根據(jù)國標根據(jù)國標GB/T 16821-2007 《通信用電源設備通用試驗方法》中規(guī)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、傳輸介質以及敏感設備，如下圖1所示。三者缺一個都構不成EMC問題，那么電源模塊的設計中僅需針對其中一個方面進行整改即可實現(xiàn)EMC防護，例如從干擾源進行根除、改善傳輸介質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關電源，在開關管開通、關斷時，電壓和電流都會被斬波，造成較大瞬態(tài)變化(di/dt、dv/dt)，所以電源模塊不論其使用什么樣的拓撲結構，只要是開關電源，其都會產(chǎn)生一定程度的EMC干擾如圖2所示。

　　圖2 開關電源常見拓撲與斬波

　　電源模塊的EMC性能可通過優(yōu)化自身拓撲結構和規(guī)范PCB設計進行提升。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(xù)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，開關管建議加RC吸收電路和RCD吸收電路，且靠近開關管放置，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(xiàn)大面積孤立銅區(qū)，大面積孤立銅區(qū)會因電磁等原因影響模塊的可靠性;減少布線的長度，從而減小動態(tài)節(jié)點處電感，避免產(chǎn)生較強的電磁場。

　　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直接的影響模塊的整體性能，接下來將為大家從電源芯片、高頻變壓器、場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，從而使開關電源工作時，在漏極產(chǎn)生的尖峰盡可能的小;

　　l場效應管：關注其導通電阻和低柵極電荷兩項參數(shù)，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：與其他無源器件相同，關注其電參數(shù)，例如額定電壓、額定電流、電感量以及漏感等參數(shù)

　　l濾波電容：應用于輸入端進行濾波;應用于輸出端吸收開關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足要求，則產(chǎn)品的體積會非常之大，成本會非常昂貴，因為吸收EMS的電子元器件的體積都很大，所以高等級的EMC干擾防護只能通過外圍電路設計來滿足系統(tǒng)的EMS要求。

　　根據(jù)國標GB/T 16821-2007 《通信用電源設備通用試驗方法》中規(guī)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。

　　電源線中往往同時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，此時可以選用一款優(yōu)質的電源模塊進行產(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等多個系列，封裝形式多樣，兼容國際標準的SIP、DIP等封裝。同時致遠電子為保證電源產(chǎn)品性能建設了行業(yè)內一流的測試實驗室，配備最先進、齊全的測試設備，全系列隔離DC-DC電源通過完整的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(xiàn)場，為用戶提供穩(wěn)定、可靠的電源隔離解決方案。