?電源模塊EMC設(shè)計

眾所周知，EMC是指電磁兼容測試，指設(shè)備所產(chǎn)生的電磁能量既不對其它設(shè)備產(chǎn)生干擾，也不受其他設(shè)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(shè)備對周圍設(shè)備產(chǎn)生干擾的能力，主要包括傳導(dǎo)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(shè)備或系統(tǒng)能承受相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)的電磁能量干擾，根據(jù)國標(biāo)根據(jù)國標(biāo)GB/T 16821-2007 《通信用電源設(shè)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(zhì)以及敏感設(shè)備，如下圖1所示。三者缺一個都構(gòu)不成EMC問題，那么電源模塊的設(shè)計中僅需針對其中一個方面進(jìn)行整改即可實現(xiàn)EMC防護(hù)，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?qū)⒚舾性O(shè)備遠(yuǎn)離干擾源等方法。

圖1  EMC三要素

2、EMC干擾防護(hù)第一式——電路設(shè)計

高功率密度、高轉(zhuǎn)換效率的電源模塊一般都是開關(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），所以電源模塊不論其使用什么樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只要是開關(guān)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(guān)電源常見拓?fù)渑c斬波

電源模塊的EMC性能可通過優(yōu)化自身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和規(guī)范PCB設(shè)計進(jìn)行提升。例如：

• 電路設(shè)計中，以先保護(hù)后濾波為原則，保護(hù)器件應(yīng)放置在離產(chǎn)品的靜電導(dǎo)入口最近的地方；

• 拓?fù)湓O(shè)計中，選擇連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）的拓?fù)?，例如Boost、全橋、推挽等拓?fù)洌?/p>

• 在電路防護(hù)方面，開關(guān)管建議加RC吸收電路和RCD吸收電路，且靠近開關(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；

• PCB設(shè)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(qiáng)的電磁場。

圖3  電源模塊EMC優(yōu)化拓?fù)?/p>

3、EMC干擾防護(hù)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(yīng)管以及共模電感等方面介紹，具體如下所示。

• 高頻變壓器：應(yīng)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(guān)電源工作時，在漏極產(chǎn)生的尖峰盡可能的?。?/p>

• 場效應(yīng)管：關(guān)注其導(dǎo)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；

• 共模電感：與其他無源器件相同，關(guān)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)

• 濾波電容：應(yīng)用于輸入端進(jìn)行濾波；應(yīng)用于輸出端吸收開關(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；

• 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(hù)第三式——外圍保護(hù)

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(nèi)部的設(shè)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(hù)只能通過外圍電路設(shè)計來滿足系統(tǒng)的EMS要求。

根據(jù)國標(biāo)GB/T 16821-2007 《通信用電源設(shè)備通用試驗方法》中規(guī)定，傳導(dǎo)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(gòu)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(hù)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(zhì)的電源模塊進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計。

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。同時致遠(yuǎn)電子為保證電源產(chǎn)品性能建設(shè)了行業(yè)內(nèi)一流的測試實驗室，配備最先進(jìn)、齊全的測試設(shè)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(dá)4KV、浪涌抗擾度高達(dá)2KV，可應(yīng)用于絕大部分復(fù)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。