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ACDC和DCDC开关电源EMI性能的实现(二)
来源: | 作者:666power | 发布时间: 32天前 | 82 次浏览 | 分享到:
另一个可能发生的问题是不稳定的转换器控制回路。当开关电源的滤波器在谐振点的输出阻抗接近DC-DC转换器的输入阻抗时就会发生负递增现象,即,当输入电压上升时输入电流会下降。研究了这种效应并得出结论,输入滤波器的输出阻抗必须远小于转换器的输入阻抗。C5的容值要远大于5倍的C2,而R是=SQRT(L/C2)。电解电容的省耗因子也能达到类似的效果,但是电容和电阻损耗一样不能很好地控制。
ACDC和DCDC开关电源EMI性能的实现(二)

设备的电磁兼容性(EMC)涵盖了传导、辐射、静电放电(ESD)、以及AC-DC开关电源的输入线电流失真。在本文中,接着上文继续将介绍AC-DC和DC-DC开关电源的传导和辐射原理,剖析滤波器件的选择对EMI性能的影响。

另一个可能发生的问题是不稳定的转换器控制回路。当开关电源的滤波器在谐振点的输出阻抗接近DC-DC转换器的输入阻抗时就会发生负递增现象,即,当输入电压上升时输入电流会下降。研究了这种效应并得出结论,输入滤波器的输出阻抗必须远小于转换器的输入阻抗。C5的容值要远大于5倍的C2,而R是=SQRT(L/C2)。电解电容的省耗因子也能达到类似的效果,但是电容和电阻损耗一样不能很好地控制。

开关电源DC-DC转换器通常不会有CM噪声的问题,因为输入和输出都可以做接地处理。如果输入是浮地设计,可以加装电容器C3和C4以降低CM噪声。然而,如果开关电源的转换器需要符合高压AC输入的安规要求,可允许的电容值会有所限制。C3和C4值决定可流动的较大交流漏电流,并且必须符合瞬态电压和额定值的‘Y’安规电容。在极端的情况下或极为敏感的应用中可能需要使用两个电容串联,例如:在与患者直接接触的医疗设备中使用两个电容串联以防止其中一个电容短路的特殊情况。

在一些应用中,DC-DC转换器输入可能需要电压瞬态抑制电路。例如,汽车和铁路行业建立了一个瞬态抑制电压的标准,但在其他应用领域中并没有明确定义。最近的欧标EN IEC 61204-3:2018 直流输出低压供电装置第3部分: 电磁兼容,尚未被广泛接受,但该标准有定义不同应用类别的DC-DC转换器的过电压。

AC-DC转换器的输入滤波器
实际上,AC-DC转换器的情况比较单纯。大功率的产品通常直接连接到交流电源。因此转换器必须符合EMC标准而内置滤波器,适用于如工业、IT、医疗以及测试设备等应用。然而,通过开关电源的PCB布线连接到交流电源的板载小功率AC-DC转换器有也很大的市场。转换器内部通常也需要滤波器以符合高的EMC辐射标准(Class B),

有些产品比如开关电源符合较低的Class A标准。这样可以节省成本而且可能已有足够的滤波性能,尤其当转换器是由AC供电,电流在系统的其他地方已经经过滤波。制造商会建议外加滤波器件,让这些部件能够满足Class B的标准,通常是使用交流线上的‘X’电容以及交流线和地之间的‘Y’电容器。

为了开关电源使这些器件有效,它们应该尽量靠近转换器,并且跟地之间使用低阻抗连接。请记住,允许开关电源的电容值是有限制的。例如,‘X’电容必须在断开交流电源后一秒内放电到安全电压,并且可能需要一个恰当的并联放电电阻。如前所述,如果系统接地断开,DC-DC转换器的‘Y’电容器必须阻止危险的漏电流流过。最敏感的医疗应用允许的大漏电流低至10μA,将电容值限制在100pF左右。其他应用允许较高的漏电流,例如在IT领域为3.5mA,这样就可以使用较高的‘Y’电容值。

系统的EMC性能无法以一个器件的性能来简单地预测,例如一个符合标准的板载AC-DC转换器无法保证整个系统也能通过标准。