苏州莱瑞测信息科技有限公司

基于开关电源的系统电磁兼容设计探讨

   2014-06-19 1080

2 电磁抗扰度

电源除了要符合上面提到电磁干扰要求外,还必须符合对应应用环境的抗扰度要求,如果无法满足此环境的最低要求,那么就会受到周围其他设备产生的电磁干扰的影响,产生损坏、输出不稳定等异常现象,最终影响整机的正常工作。

对于电源这种通用类产品,并没有具体的标准要求抗扰度性能达到一定的等级,在应用到具体的行业时候参考行业的标准;但是在设计初期,并没有定位具体的行业,只能参考通用类标准IEC/EN61000-6的具体要求,标准IEC/EN61000-6-1/2分为工业环境设备抗扰度要求和住宅区、商业区和轻工业环境的抗扰度要求。MORNSUN电源AC-DC部分都是按照工业类型产品最严格的等级在进行设计,同时保证了设计的余量非常充分,目前此类型电源承诺四级指标2KV(差摸)/4KV(共模)的防护能力的产品,内部设计的端口防护压敏电阻都用的是14D的规格(见下图)

MORNSUN电源

通过下表可以明显看出14D的规格持续通流量可以达到4.5KA,那么承诺的指标只有1KA(差摸)/333KA(共模),通过这个对比可以看出,设计的降额已经非常大,但是产品长期在市场方面使用过程中,还会出现压敏电阻损坏,最终导致电源烧毁的现象,究其原因主要有两方面因素:一方面是由于压敏电阻自身的老化原因产生的,目前市场上面非常常用的ZnO压敏电阻,中间是ZnO颗粒构成的绝缘层,两面通过镀银形成电极,当两面电极的电压超他的阀值电压时候,漏电流会急剧增大,最终形成瞬态电流泄放,起到防护的作用。

14D规格

压敏电阻对于瞬态浪涌脉冲进行电流泄放,多次泄放以后压敏电阻的介质ZnO会发生特性变化,这样压敏电阻的残压特性、泄放能力都会大大降低;更加严重的是压敏电阻这种两面镀银结构,表面镀银并无法实现100%均匀,那就说明每次瞬态浪涌冲击,必然会存在整个压敏电阻的表面有某个点最先导通,最先击穿导通的点在承受多次冲击之后,后首先烧毁,最终导致压敏电阻损坏(见下图)。

导致压敏电阻损坏

这种压敏电阻通过击穿点进行电流泄放,在泄流点会形成大量的热量,这种热量最终会导致压敏电阻烧穿(见下图)。

压敏电阻烧穿

另外一方面损坏因素是由于终端客户对于电源使用不当引起的失效,使用不当前面已经描述过会引起电磁干扰的超标,同样电磁抗扰度也会受到严重的影响,客户应用现场千差万别,那么其中对MORNSUN隔离AC-DC小功率电源模块的非隔离引用(见下图),就会导致电源的损坏,即使电源在这种瞬态浪涌冲击中侥幸正常,那么后端的负载部分也会产生各种各样的异常现象,这是整机设计工程师非常头痛的问题。

MORNSUN隔离AC-DC小功率电源模块的非隔离引用

隔离电源的非隔离应用会产生什么样的问题:一是当进行共模浪涌试验时候,共模线-地之间的浪涌冲击就会变成隔离电源模块原副边之间的耐压,对于各种工业、电力、轨道交通等对于产品可靠性要求非常苛刻的应用环境,线-地之间会按照4KV的浪涌等级进行试验,大多数行业对于电源的隔离度都是按照3KV的要求或者更低进行设计,这样电源模块就难逃损坏,只有医疗等特殊行业的隔离度才会设计在4KV,但是此时的隔离电源需要牺牲体积、成本等。

第二个问题是当输入端存在瞬态脉冲等各种杂波干扰信号时候,隔离电源能够起到很好的保护后端负载作用,但是非隔离应用之后,输入端的所有干扰信号都会原封不动的传输到负载端,会到导致整个系统产生异常甚至瘫痪。

 
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