以浪涌抗扰度的视角谈前级 EMC 的设计
时间:2018-12-28 09:44来源:ZLG致远电子
摘要:大家都知道,EMC描述的是产品两个方面的性能,即电磁发射干扰EME和电磁抗扰EMS。EME中又包含传导和辐射;而EMS中又包含静电、脉冲群、浪涌等。本文将从EMS中的浪涌抗扰度的角度出发,分析设计电源的前级电路。
大家都知道,EMC 描述的是产品两个方面的性能,即电磁发射/干扰EME和电磁抗扰EMS。EME中又包含传导和辐射;而EMS中又包含静电、脉冲群、浪涌等。本文将从EMS中的浪涌抗扰度的角度出发,分析设计电源的前级电路。
抗浪涌的电路分析
如图1所示为小功率电源模块中常用的EMC前级原理图,FUSE为保险丝,MOV为压敏电阻,Cx为X电容,LDM为差模电感,Lcm为共模电感,Cy1和Cy2为Y电容,NTC为热敏电阻。其中Y电容、共模电感等的主要作用虽然不是为了改善电路的浪涌抗扰度,但它们却间接地影响了抗浪涌电路的设计。
在设计抗浪涌电路前必须先确定相应的“电磁兼容标准”,如IEC/EN 61000-4-5(对应GB/T 17626.5)中规定了浪涌抗扰度要求、试验方法、试验等级等。下面我们将以该标准的规定为基础来讨论抗浪涌电路的设计。
浪涌发生电路在输出开路时,产生1.2/50μs的浪涌电压,而在短路时将产生8/20μs的浪涌电流。
发生器的有效输出阻抗为2Ω,故当开路电压峰值为XKV时,短路峰值电流为(X/2)KA。
当对ACL(或ACN)和PE之间进行抗浪涌测试时,在耦合电路上又串入了10Ω的电阻,忽略掉串联耦合电容的影响,则短路峰值电流变为约(X/12)KA。
相关器件介绍
1、压敏电阻
压敏电阻的选型最重要的几个参数为:最大允许电压、最大钳位电压、能承受的浪涌电流。
首先应保证压敏电阻最大允许电压大于电源输出电压的最大值;其次应保证最大钳位电压不会超过后级电路所允许的最大浪涌电压;最后应保证流过压敏电阻的浪涌电流不会超过其能承受的浪涌电流。
其他参数如额定功率、能承受的最大能量脉冲等,通过简单验算或实验即可确定。
2、Y电容
在进行共模浪涌测试时,若考虑成本等因素,在共模路径中未加入压敏电阻或其他用于钳位电压的器件时,应保证Y电容耐压高于测试电压。
3、输入整流二极管
假设浪涌电压经压敏电阻钳位后,最大钳位电压大于输入整流二极管能承受的最大反向电压,则二极管可能会被损坏。因此应选择反向耐压大于压敏电阻最大钳位电压的二极管作为输入整流二极管。
4、共模电感
理论上共模电感仅在共模路径中起作用,但是因为共模电感两个绕组并非完全耦合,未耦合部分将在差模路径中作为差模电感,影响EMC特性。
实例分析
背景:以某型号的电源模块为例,该模块是ZLG致远电子为某客户定制的电源模块,输入85VAC~350VAC,且EMC前级电路电路嵌入到模块中。抗浪涌要求差模电压3KV,共模电压6KV。更换更大的保险丝后可承受6KV差模电压。其前级原理图及对应实物图如图2所示。
压敏电阻选型时,首先应使最大允许电压略大于350V,此电压等级压敏电阻最大钳位电压为1000V左右(50A测试电流下)。其次在差模路径上,等效于一个内阻为2Ω、脉冲电压为6KV的电压源与压敏电阻串联,则峰值电流约为(6KV-1KV)/2Ω=2500A。最终选择了681KD14作为压敏电阻。其峰值电流为4500A,最大允许工作电压385VAC,最大钳位电压1120V。
不必担心,因为共模电感中未耦合的部分,在差模路径中作为差模电感,将分得部分电压,事实上,在共模电感后级,电路已得到保护,经试验验证,整流二极管选择常用的1N4007即可。
2、共模浪涌测试
当对ACL-PE或ACN-PE测试6KV浪涌时,即共模浪涌试验,共模路径等效为一个内阻约为12Ω,脉冲电压为6KV的电压源与共模电感、Y电容串联。因为Y电容选择Y1等级电容,其耐压较高,6KV共模浪涌的能量不足以使其损坏,因此仅需保证PE布线与其他布线保持一定间接,即可很容易地通过共模浪涌测试。
但是,因为浪涌测试时共模电感两端将产生高压,出现飞弧。若与周围器件间距较近,可能使周围器件损坏。因此可在其上并联一个放电管或压敏电阻限制其电压,从而起到灭弧的作用。如图中MOV2所示。
另一种办法是在PCB设计时,在共模电感两端加入放电齿,使得电感通过两放电尖端放电,避免通过其他路径放电,从而使得对周围和后级器件的影响减到最小。如图3是ZLG致远电子型号为PA1HBxOD-10W的电力电源模块PCB在共模电感处加入的放电齿的实物图。
完善的浪涌防护电路搭配性能稳定的电源模块将会最大程度的保证系统供电的稳定可靠。ZLG致远电子自主研发、生产的隔离电源模块,具有宽输入电压范围,隔离1000VDC、1500VDC、3000VDC及6000VDC等多个系列,封装形式多样,兼容国际标准的SIP、DIP等封装。
同时ZLG致远电子为保证电源产品性能建设了行业内一流的测试实验室,配备最先进、齐全的测试设备,全系列隔离DC-DC电源通过完整的EMC测试,静电抗扰度高达4KV、浪涌抗扰度高达2KV,可应用于绝大部分复杂恶劣的工业现场,为用户提供稳定、可靠的电源隔离解决方案。
抗浪涌的电路分析
如图1所示为小功率电源模块中常用的EMC前级原理图,FUSE为保险丝,MOV为压敏电阻,Cx为X电容,LDM为差模电感,Lcm为共模电感,Cy1和Cy2为Y电容,NTC为热敏电阻。其中Y电容、共模电感等的主要作用虽然不是为了改善电路的浪涌抗扰度,但它们却间接地影响了抗浪涌电路的设计。
图1 常用EMC前级电路
对ACL与ACN之间施加的浪涌电压称为差模浪涌电压,差模路径如图中红线所示;对ACL(或ACN)与PE之间施加的电压称为共模浪涌电压,共模路径如图中蓝线所示。在设计抗浪涌电路前必须先确定相应的“电磁兼容标准”,如IEC/EN 61000-4-5(对应GB/T 17626.5)中规定了浪涌抗扰度要求、试验方法、试验等级等。下面我们将以该标准的规定为基础来讨论抗浪涌电路的设计。
浪涌发生电路在输出开路时,产生1.2/50μs的浪涌电压,而在短路时将产生8/20μs的浪涌电流。
发生器的有效输出阻抗为2Ω,故当开路电压峰值为XKV时,短路峰值电流为(X/2)KA。
当对ACL(或ACN)和PE之间进行抗浪涌测试时,在耦合电路上又串入了10Ω的电阻,忽略掉串联耦合电容的影响,则短路峰值电流变为约(X/12)KA。
相关器件介绍
1、压敏电阻
压敏电阻的选型最重要的几个参数为:最大允许电压、最大钳位电压、能承受的浪涌电流。
首先应保证压敏电阻最大允许电压大于电源输出电压的最大值;其次应保证最大钳位电压不会超过后级电路所允许的最大浪涌电压;最后应保证流过压敏电阻的浪涌电流不会超过其能承受的浪涌电流。
其他参数如额定功率、能承受的最大能量脉冲等,通过简单验算或实验即可确定。
2、Y电容
在进行共模浪涌测试时,若考虑成本等因素,在共模路径中未加入压敏电阻或其他用于钳位电压的器件时,应保证Y电容耐压高于测试电压。
3、输入整流二极管
假设浪涌电压经压敏电阻钳位后,最大钳位电压大于输入整流二极管能承受的最大反向电压,则二极管可能会被损坏。因此应选择反向耐压大于压敏电阻最大钳位电压的二极管作为输入整流二极管。
4、共模电感
理论上共模电感仅在共模路径中起作用,但是因为共模电感两个绕组并非完全耦合,未耦合部分将在差模路径中作为差模电感,影响EMC特性。
实例分析
背景:以某型号的电源模块为例,该模块是ZLG致远电子为某客户定制的电源模块,输入85VAC~350VAC,且EMC前级电路电路嵌入到模块中。抗浪涌要求差模电压3KV,共模电压6KV。更换更大的保险丝后可承受6KV差模电压。其前级原理图及对应实物图如图2所示。
图2 实例原理图与实物图
1、差模浪涌测试压敏电阻选型时,首先应使最大允许电压略大于350V,此电压等级压敏电阻最大钳位电压为1000V左右(50A测试电流下)。其次在差模路径上,等效于一个内阻为2Ω、脉冲电压为6KV的电压源与压敏电阻串联,则峰值电流约为(6KV-1KV)/2Ω=2500A。最终选择了681KD14作为压敏电阻。其峰值电流为4500A,最大允许工作电压385VAC,最大钳位电压1120V。
不必担心,因为共模电感中未耦合的部分,在差模路径中作为差模电感,将分得部分电压,事实上,在共模电感后级,电路已得到保护,经试验验证,整流二极管选择常用的1N4007即可。
2、共模浪涌测试
当对ACL-PE或ACN-PE测试6KV浪涌时,即共模浪涌试验,共模路径等效为一个内阻约为12Ω,脉冲电压为6KV的电压源与共模电感、Y电容串联。因为Y电容选择Y1等级电容,其耐压较高,6KV共模浪涌的能量不足以使其损坏,因此仅需保证PE布线与其他布线保持一定间接,即可很容易地通过共模浪涌测试。
但是,因为浪涌测试时共模电感两端将产生高压,出现飞弧。若与周围器件间距较近,可能使周围器件损坏。因此可在其上并联一个放电管或压敏电阻限制其电压,从而起到灭弧的作用。如图中MOV2所示。
另一种办法是在PCB设计时,在共模电感两端加入放电齿,使得电感通过两放电尖端放电,避免通过其他路径放电,从而使得对周围和后级器件的影响减到最小。如图3是ZLG致远电子型号为PA1HBxOD-10W的电力电源模块PCB在共模电感处加入的放电齿的实物图。
图3 放电齿实物图
EMC试验通常实践性很强,但如果我们掌握一些基本原理,在设计EMC前级电路时,将更有方向进行试验,从而缩短项目开发的时间。本文章结合了一个简单的实例,从浪涌试验的角度介绍了前级电路器件选型和典型电路,在以后的文章中我们将继续更深入的探讨抗浪涌电路相关内容,并从其他EMC性能指标的角度来设计EMC前级电路。完善的浪涌防护电路搭配性能稳定的电源模块将会最大程度的保证系统供电的稳定可靠。ZLG致远电子自主研发、生产的隔离电源模块,具有宽输入电压范围,隔离1000VDC、1500VDC、3000VDC及6000VDC等多个系列,封装形式多样,兼容国际标准的SIP、DIP等封装。
同时ZLG致远电子为保证电源产品性能建设了行业内一流的测试实验室,配备最先进、齐全的测试设备,全系列隔离DC-DC电源通过完整的EMC测试,静电抗扰度高达4KV、浪涌抗扰度高达2KV,可应用于绝大部分复杂恶劣的工业现场,为用户提供稳定、可靠的电源隔离解决方案。
免责声明:本文若是转载新闻稿,转载此文目的是在于传递更多的信息,版权归原作者所有。文章所用文字、图片、视频等素材如涉及作品版权问题,请联系本网编辑予以删除。
我要投稿
近期活动
- 安森美汽车&能源基础设施白皮书下载活动时间:2024年04月01日 - 2024年10月31日[立即参与]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年09月01日 - 2023年09月30日[查看回顾]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年08月01日 - 2023年08月31日[查看回顾]
- 【在线答题活动】PI 智能家居热门产品,带您领略科技智慧家庭时间:2023年06月15日 - 2023年07月15日[查看回顾]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年06月01日 - 2023年06月30日[查看回顾]
分类排行榜
- 汽车电子电源行业可靠性要求,你了解多少?
- 内置可编程模拟功能的新型 Renesas Synergy™ 低功耗 S1JA 微控制器
- Vishay 推出高集成度且符合 IrDA® 标准的红外收发器模块
- ROHM 发布全新车载升降压电源芯片组
- 艾迈斯半导体推出行业超薄的接近/颜色传感器模块,助力实现无边框智能手机设计
- 艾迈斯半导体与 Qualcomm Technologies 集中工程优势开发适用于手机 3D 应用的主动式立体视觉解决方案
- 维谛技术(Vertiv)同时亮相南北两大高端峰会,精彩亮点不容错过
- 缤特力推出全新商务系列耳机 助力解决开放式办公的噪音难题
- CISSOID 和泰科天润(GPT)达成战略合作协议,携手推动碳化硅功率器件的广泛应用
- 瑞萨电子推出 R-Car E3 SoC,为汽车大显示屏仪表盘带来高端3D 图形处理性能
编辑推荐
小型化和稳定性如何兼得?ROHM 推出超小型高输出线性 LED 驱动器 IC,为插座型 LED 驱动 IC 装上一颗强有力的 “心脏”
众所周知,LED的驱动IC担负着在输入电压不稳定的情况下,为LED提供恒定的电流,并控制恒定(可调)亮度的作用。无论是室内照明,还是车载应用,都肩负着极为重要的使命。
- 关于反激电源效率的一个疑问
时间:2022-07-12 浏览量:9992
- 面对热拔插阐述的瞬间大电流怎么解决
时间:2022-07-11 浏览量:8763
- PFC电路对N线进行电压采样的目的是什么
时间:2022-07-08 浏览量:9396
- RCD中的C对反激稳定性有何影响
时间:2022-07-07 浏览量:7064
- 36W单反激 传导7~10M 热机5分钟后超标 不知道哪里出了问题
时间:2022-07-07 浏览量:5815
- PFC电感计算
时间:2022-07-06 浏览量:4048
- 多相同步BUCK
时间:2010-10-03 浏览量:37822
- 大家来讨论 系列之二:开机浪涌电流究竟多大?
时间:2016-01-12 浏览量:43112
- 目前世界超NB的65W适配器
时间:2016-09-28 浏览量:59984
- 精讲双管正激电源
时间:2016-11-25 浏览量:127831
- 利用ANSYS Maxwell深入探究软磁体之----电感变压器
时间:2016-09-20 浏览量:107483
- 【文原创】认真的写了一篇基于SG3525的推挽,附有详细..
时间:2015-08-27 浏览量:100141