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EMS中的浪涌抗擾度電路分析
日期：2024-10-19 08:03
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摘要： 每個(gè)人都知道，EMC描述了產(chǎn)品的性能，即電磁發(fā)射/干擾EME和電磁抗擾EMS。EMI它還包括傳導(dǎo)和輻射；EMS還含有靜電.脈沖群.浪涌等。本文將從EMS從浪涌抗擾度的角度，分析設(shè)計(jì)電源的前級(jí)電路。
抗浪涌電路分析
如圖1所示，它通常用于小功率電源模塊EMC前級(jí)原理圖，F(xiàn)USE為保險(xiǎn)絲，MOV壓敏電阻，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熱敏電阻。其中Y電容.雖然共模電感的主要功能不是提高電路的浪涌抗擾程度，但它們間接影響了電路的設(shè)計(jì)。
圖1.常用EMC前級(jí)電路
對(duì)A...
每個(gè)人都知道，EMC描述了產(chǎn)品的性能，即電磁發(fā)射/干擾EME和電磁抗擾EMS。EMI它還包括傳導(dǎo)和輻射；EMS還含有靜電.脈沖群.浪涌等。本文將從EMS從浪涌抗擾度的角度，分析設(shè)計(jì)電源的前級(jí)電路。
抗浪涌電路分析
如圖1所示，它通常用于小功率電源模塊EMC前級(jí)原理圖，F(xiàn)USE為保險(xiǎn)絲，MOV壓敏電阻，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熱敏電阻。其中Y電容.雖然共模電感的主要功能不是提高電路的浪涌抗擾程度，但它們間接影響了電路的設(shè)計(jì)。
圖1.常用EMC前級(jí)電路
對(duì)ACL與ACN兩者之間施加的浪涌電壓稱為差模浪涌電壓，差模路徑如圖中紅線所示；是的，ACL（或ACN）與PE兩者之間施加的電壓稱為共模浪涌電壓，共模路徑如圖藍(lán)線所示。
在設(shè)計(jì)抗浪涌電路之前，必須確定相應(yīng)的電路“電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)”，如IEC/EN61000-4-5（對(duì)應(yīng)GB/T17626.5)規(guī)定了浪涌抗擾度的要求.試驗(yàn)方法.試驗(yàn)等級(jí)等。下面我們將根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定來(lái)討論抗浪涌電路的設(shè)計(jì)。
當(dāng)輸出開路時(shí)，浪涌電路產(chǎn)生1.2/50μs浪涌電壓，在短路時(shí)會(huì)產(chǎn)生8/20μs浪涌電流。
有效輸出阻抗為2Ω，因此，開路電壓峰值為XKV短路峰值電流為(X/2)KA。
當(dāng)對(duì)ACL（或ACN）和PE抗浪涌試驗(yàn)期間，耦合電路串入10Ω如果電阻忽略了串聯(lián)耦合電容的影響，那么短路峰值電流就會(huì)變成約（X/12)KA。
相關(guān)設(shè)備介紹
1.壓敏電阻
壓敏電阻的選擇*重要的參數(shù)是：*大允許電壓.*大鉗位電壓.能承受浪涌電流。
首先,*大允許電壓電阻電壓大于電源輸出電壓的*大值電壓的*大值,其次,我們應(yīng)該確保*大鉗位電壓不會(huì)超過*大浪涌電壓允許的后級(jí)電路;*后,我們應(yīng)該確保浪涌電流通過壓敏電阻不會(huì)超過它所能承受的浪涌電流。
額定功率等其他參數(shù).通過簡(jiǎn)單的驗(yàn)算或?qū)嶒?yàn)可以確定能量脈沖等。
2.Y電容
在進(jìn)行共模浪涌試驗(yàn)時(shí)，如果考慮到成本等因素，并且在共模路徑中沒有添加壓敏電阻或其他用于夾緊電壓的設(shè)備，則應(yīng)確保Y電容電壓電阻高于試驗(yàn)電壓。
3.輸入整流二極管
假設(shè)*大鉗位電壓大于輸入整流二極管能夠承受的*大反向電壓，則可能損壞二極管。因此，應(yīng)選擇反向電阻大于*大鉗位電壓的二極管作為輸入整流二極管。
4.共模電感
理論上，共模電感只在共模路徑中起作用，但由于共模電感的兩個(gè)繞組并不是完全耦合的，未耦合的部分將作為差模路徑中的差模電感，影響EMC特性。
實(shí)例分析
背景：以某型號(hào)的電源模塊為例，該模塊就是ZLG輸入85VAC~350VAC，且EMC模塊中嵌入前級(jí)電路電路?？估擞啃枰?個(gè)差動(dòng)模塊電壓KV，共模電壓6KV。更換更大的保險(xiǎn)絲后，它可以承受6KV差模電壓。前級(jí)原理圖及相應(yīng)實(shí)物圖如圖2所示。
圖2.實(shí)例原理圖與
1.差模浪涌試驗(yàn)
選擇壓敏電阻時(shí)，*大允許電壓應(yīng)略大于350V，此電壓級(jí)壓敏電阻的*大鉗位電壓為10000V左右（50A測(cè)試電流）。其次，在差模路徑上，內(nèi)阻等于2Ω.脈沖電壓為6KV如果電壓源與壓敏電阻串聯(lián)，峰值電流約為(6)KV-1KV）/2Ω=2500A。*終選擇了681KD14作為壓敏電阻。其峰值電流為4500A，*大允許工作電壓385VAC，*大鉗位電壓1120V。
不用擔(dān)心，因?yàn)楣材ｋ姼衅髦形瘩詈系牟糠?，作為差模路徑中的差模電感器，將分配部分電壓。事?shí)上，在共模電感器之后，電路已經(jīng)得到了保護(hù)。經(jīng)過測(cè)試驗(yàn)證，選擇常用的整流二極管1N4007即可。
2.共模浪涌試驗(yàn)
當(dāng)對(duì)ACL-PE或ACN-PE測(cè)試6KV浪涌時(shí)，即共模浪涌試驗(yàn)，共模路徑等效為內(nèi)阻約12Ω，脈沖電壓為6KV電壓源和共模電感.Y電容串聯(lián)。由于Y電容的選擇Y1級(jí)電容，其耐壓性較高，6KV共模浪涌的能量不足以損壞它，所以只需要保證PE如果布線與其它布線保持一定的間接，就可以輕松通過共模浪涌試驗(yàn)。
然而，由于共模電感器的兩端在浪涌試驗(yàn)過程中會(huì)產(chǎn)生高壓和飛弧。如果靠近周圍設(shè)備，可能會(huì)損壞周圍設(shè)備。因此，一個(gè)放電管或壓敏電阻可以并聯(lián)在其上限制其電壓，從而起到滅弧的作用。如圖所示MOV2所示。
抗浪涌電路分析
如圖1所示，它通常用于小功率電源模塊EMC前級(jí)原理圖，F(xiàn)USE為保險(xiǎn)絲，MOV壓敏電阻，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熱敏電阻。其中Y電容.雖然共模電感的主要功能不是提高電路的浪涌抗擾程度，但它們間接影響了電路的設(shè)計(jì)。
圖1.常用EMC前級(jí)電路
對(duì)ACL與ACN兩者之間施加的浪涌電壓稱為差模浪涌電壓，差模路徑如圖中紅線所示；是的，ACL（或ACN）與PE兩者之間施加的電壓稱為共模浪涌電壓，共模路徑如圖藍(lán)線所示。
在設(shè)計(jì)抗浪涌電路之前，必須確定相應(yīng)的電路“電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)”，如IEC/EN61000-4-5（對(duì)應(yīng)GB/T17626.5)規(guī)定了浪涌抗擾度的要求.試驗(yàn)方法.試驗(yàn)等級(jí)等。下面我們將根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定來(lái)討論抗浪涌電路的設(shè)計(jì)。
當(dāng)輸出開路時(shí)，浪涌電路產(chǎn)生1.2/50μs浪涌電壓，在短路時(shí)會(huì)產(chǎn)生8/20μs浪涌電流。
有效輸出阻抗為2Ω，因此，開路電壓峰值為XKV短路峰值電流為(X/2)KA。
當(dāng)對(duì)ACL（或ACN）和PE抗浪涌試驗(yàn)期間，耦合電路串入10Ω如果電阻忽略了串聯(lián)耦合電容的影響，那么短路峰值電流就會(huì)變成約（X/12)KA。
相關(guān)設(shè)備介紹
1.壓敏電阻
壓敏電阻的選擇*重要的參數(shù)是：*大允許電壓.*大鉗位電壓.能承受浪涌電流。
首先,*大允許電壓電阻電壓大于電源輸出電壓的*大值電壓的*大值,其次,我們應(yīng)該確保*大鉗位電壓不會(huì)超過*大浪涌電壓允許的后級(jí)電路;*后,我們應(yīng)該確保浪涌電流通過壓敏電阻不會(huì)超過它所能承受的浪涌電流。
額定功率等其他參數(shù).通過簡(jiǎn)單的驗(yàn)算或?qū)嶒?yàn)可以確定能量脈沖等。
2.Y電容
在進(jìn)行共模浪涌試驗(yàn)時(shí)，如果考慮到成本等因素，并且在共模路徑中沒有添加壓敏電阻或其他用于夾緊電壓的設(shè)備，則應(yīng)確保Y電容電壓電阻高于試驗(yàn)電壓。
3.輸入整流二極管
假設(shè)*大鉗位電壓大于輸入整流二極管能夠承受的*大反向電壓，則可能損壞二極管。因此，應(yīng)選擇反向電阻大于*大鉗位電壓的二極管作為輸入整流二極管。
4.共模電感
理論上，共模電感只在共模路徑中起作用，但由于共模電感的兩個(gè)繞組并不是完全耦合的，未耦合的部分將作為差模路徑中的差模電感，影響EMC特性。
實(shí)例分析
背景：以某型號(hào)的電源模塊為例，該模塊就是ZLG輸入85VAC~350VAC，且EMC模塊中嵌入前級(jí)電路電路?？估擞啃枰?個(gè)差動(dòng)模塊電壓KV，共模電壓6KV。更換更大的保險(xiǎn)絲后，它可以承受6KV差模電壓。前級(jí)原理圖及相應(yīng)實(shí)物圖如圖2所示。
圖2.實(shí)例原理圖與
1.差模浪涌試驗(yàn)
選擇壓敏電阻時(shí)，*大允許電壓應(yīng)略大于350V，此電壓級(jí)壓敏電阻的*大鉗位電壓為10000V左右（50A測(cè)試電流）。其次，在差模路徑上，內(nèi)阻等于2Ω.脈沖電壓為6KV如果電壓源與壓敏電阻串聯(lián)，峰值電流約為(6)KV-1KV）/2Ω=2500A。*終選擇了681KD14作為壓敏電阻。其峰值電流為4500A，*大允許工作電壓385VAC，*大鉗位電壓1120V。
不用擔(dān)心，因?yàn)楣材ｋ姼衅髦形瘩詈系牟糠?，作為差模路徑中的差模電感器，將分配部分電壓。事?shí)上，在共模電感器之后，電路已經(jīng)得到了保護(hù)。經(jīng)過測(cè)試驗(yàn)證，選擇常用的整流二極管1N4007即可。
2.共模浪涌試驗(yàn)
當(dāng)對(duì)ACL-PE或ACN-PE測(cè)試6KV浪涌時(shí)，即共模浪涌試驗(yàn)，共模路徑等效為內(nèi)阻約12Ω，脈沖電壓為6KV電壓源和共模電感.Y電容串聯(lián)。由于Y電容的選擇Y1級(jí)電容，其耐壓性較高，6KV共模浪涌的能量不足以損壞它，所以只需要保證PE如果布線與其它布線保持一定的間接，就可以輕松通過共模浪涌試驗(yàn)。
然而，由于共模電感器的兩端在浪涌試驗(yàn)過程中會(huì)產(chǎn)生高壓和飛弧。如果靠近周圍設(shè)備，可能會(huì)損壞周圍設(shè)備。因此，一個(gè)放電管或壓敏電阻可以并聯(lián)在其上限制其電壓，從而起到滅弧的作用。如圖所示MOV2所示。
還有一種方法PCB在設(shè)計(jì)過程中，在共模電感器的兩端增加放電齒，使電感器通過兩個(gè)放電**放電，避免通過其他路徑放電，從而盡量減少對(duì)周圍和后部設(shè)備的影響。ZLG致遠(yuǎn)電子型號(hào)為PA1HBxOD-10W電源模塊PCB放電齒的實(shí)物圖加入共模電感。
EMC實(shí)驗(yàn)通常是非常實(shí)用的，但是如果我們?cè)谠O(shè)計(jì)中掌握了一些基本的原則EMC在前級(jí)電路中，將有更多的方向進(jìn)行測(cè)試，以縮短項(xiàng)目開發(fā)的時(shí)間。本文結(jié)合了一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，從浪涌試驗(yàn)的角度介紹了前級(jí)電路設(shè)備的選擇和典型電路。在未來(lái)的文章中，我們將繼續(xù)探討抗浪涌電路的相關(guān)內(nèi)容EMC設(shè)計(jì)性能指標(biāo)的角度EMC前級(jí)電路。
具有穩(wěn)定性能的電源模塊，完善的浪涌防護(hù)電路將*大限度地保證系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和可靠性。
