電源模塊中的EMC前級原理及抗浪湧電路分析

EMC/EMI設計

一、抗浪湧的電路分析

小功率電源模塊中常用的EMC前級（jí）原理圖，FUSE為保險絲，MOV為壓敏電阻（zǔ），Cx為X電容，LDM為差模電感，Lcm為共模電感，Cy1和Cy2為Y電容，NTC為熱敏電阻。其中Y電容、共模電感（gǎn）等的主要作用雖然不是為了改善電路的浪湧抗擾度，但它們卻間接地（dì）影響了抗浪湧電（diàn）路的設計。

對ACL與ACN之間（jiān）施加的浪湧電壓（yā）稱為差（chà）模浪湧電壓（yā），差模路徑如紅線所示；對ACL（或ACN）與PE之間施加的電壓稱（chēng）為共模浪湧（yǒng）電壓，共模路徑如（rú）藍線所（suǒ）示。

在設計抗浪湧電路前必須先確定相應的“電磁兼容標準”，如IEC/EN 61000-4-5（對應（yīng）GB/T17626（＄2.1792）.5）中規定（dìng）了浪湧抗擾度要求、試驗方法、試驗等級等。下麵我們將以該（gāi）標準的規定為基礎來討論抗浪湧電路的設計。

浪湧發（fā）生電路在（zài）輸出開路（lù）時，產（chǎn）生1.2/50μs的浪湧電壓，而在短路時將產生8/20μs的（de）浪湧電（diàn）流。

發生器的有效輸出阻（zǔ）抗為（wéi）2Ω，故當開路電壓峰值為XKV時，短路峰值電流為（X/2）KA。

當（dāng）對ACL（或ACN）和（hé）PE之間進行抗浪湧（yǒng）測試時，在耦合電路上又（yòu）串入了10Ω的電阻（zǔ），忽略（luè）掉串聯耦合電容的影響，則短路峰值電流變為約（X/12）KA。

電源模塊中的（de）EMC前級原理及抗浪湧電路（lù）分析

二、相關器件介紹（shào）

1.壓敏電阻

壓敏電阻的選型重（chóng）要的幾個參數為：大允許電壓、大鉗位（wèi）電壓、能承受的浪湧電流。

首先應（yīng）保證壓敏電（diàn）阻大允許電壓大於（yú）電源輸出（chū）電壓的大值；其次應保（bǎo）證大鉗位電壓不會超（chāo）過後級（jí）電路所允許的大浪湧電壓；後應（yīng）保證流過壓敏電（diàn）阻（zǔ）的浪湧電流不會超（chāo）過其能承受的浪湧電流。

其（qí）他參數如額定功率（lǜ）、能（néng）承受的大能量脈衝等，通過簡（jiǎn）單驗算或實驗即可確定。

2.Y電容

在進行共模浪湧測試時，若考慮成本等因素，在共模（mó）路徑中未加（jiā）入壓敏電阻或其（qí）他用（yòng）於鉗位電壓的器件時，應保證Y電容耐壓高於（yú）測試電壓。

3.輸入整流二極管

假設浪湧電壓經壓（yā）敏電阻鉗位後，大鉗位電壓大於輸入整流二極（jí）管能承受的大（dà）反向電壓，則（zé）二極管（guǎn）可能會被損壞。因此應選擇反向耐壓大於壓敏電阻大（dà）鉗位電壓的二極管作為輸入整流二極管。

4.共（gòng）模電（diàn）感

理論上共模電感僅在（zài）共（gòng）模路徑中起作用，但（dàn）是因（yīn）為共模電感兩個繞組並非*耦合，未耦合部分將在差模路（lù）徑中作為差模電感，影響EMC特性。

三、實例分析

背景：以某型號的電源模塊為例，該模塊是某電子公司為（wéi）某客戶定（dìng）製的電源模塊，輸入85VAC~350VAC，且EMC前級（jí）電路電路嵌入到模塊中。抗（kàng）浪湧要求差（chà）模電壓3KV，共模（mó）電壓6KV。更換更大的（de）保險絲後可承受6KV差模電壓。

電源（yuán）模塊中的EMC前（qián）級原理及抗浪湧電路分析（xī）

1.差模浪湧測試

壓敏電阻選型（xíng）時，首先（xiān）應使大允許（xǔ）電壓略（luè）大於350V，此電（diàn）壓等級壓敏（mǐn）電阻大鉗位電壓為1000V左右（50A測（cè）試電（diàn）流下）。其次在差模路徑上（shàng），等效於一個內阻為2Ω、脈衝電壓為6KV的電壓源與壓敏電阻串（chuàn）聯，則峰值電流約為（6KV-1KV）/2Ω=2500A（＄0.3060）。終選擇了681KD14作為（wéi）壓敏電阻。其峰值電流為4500A，大允（yǔn）許工作電壓385VAC，大鉗位電壓1120V。

不必擔心，因為共模電感中未耦合的部分，在差模路徑中（zhōng）作為差模電（diàn）感，將分（fèn）得部分電壓，事實上，在共（gòng）模電感後級，電路已得到（dào）保護，經試驗驗證，整流二（èr）極管選擇常用的1N4007（＄0.0093）即可。

2.共模浪湧測試

當對ACL-PE或（huò）ACN-PE測試6KV浪湧時，即共模浪湧試驗，共（gòng）模路徑等效為一個內阻約（yuē）為12Ω，脈衝電壓為6KV的電壓源與共模電感、Y電容串聯。因為Y電容選擇Y1等級電容，其耐壓較高，6KV共模浪湧的能量不足以使（shǐ）其損壞，因此僅需保證PE布線與其他布線保持一定間接，即可很容易地通過共模（mó）浪湧測試。

但是，因為浪湧測試時共模電感（gǎn）兩端將產生高壓，出現飛弧。若與周圍器件間距較近，可能使周圍器件損壞。因此可在（zài）其（qí）上（shàng）並聯（lián）一個放電管或壓敏電阻限製其電壓，從而起到滅（miè）弧的作用。如圖中MOV2所示。

另（lìng）一種辦法是在PCB設計時，在共模電感兩端加入放電齒，使得電（diàn）感通過兩放電放電，避免通過其他路徑放電，從而使得對周圍和（hé）後級器件的影響減到小。

電源模塊中的EMC前級原理（lǐ）及（jí）抗浪（làng）湧電路分析

四（sì）、總結

EMC試驗通常實踐性很強，但如果我們掌（zhǎng）握一（yī）些基本原理，在設計EMC前級（jí）電路時，將更有方向進行試驗，從而縮（suō）短項目開發的時間。