在電源模塊應(yīng)用中，EMC設(shè)計往往是重中之重，因?yàn)殛P(guān)乎整個用戶產(chǎn)品的EMC性能。那么如何提升EMC性能呢？本文從電源模塊的設(shè)計與應(yīng)用角度為您解讀。

EMC測試又叫做電磁兼容，描述的是產(chǎn)品兩個方面的性能，即電磁發(fā)射/干擾EME和電磁抗擾EMS。EME中包含傳導(dǎo)和輻射，而EMS中又包含靜電、脈沖群、浪涌等。

為提升用戶系統(tǒng)穩(wěn)定性，接下來我們將為大家講述如何靈活應(yīng)用以上方法優(yōu)化電源EMC，本文將從電源的設(shè)計與應(yīng)用等角度介紹4種常用解決方案：

01

浪涌防護(hù)電路

在電源模塊實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)，工程師通常會搭配浪涌防護(hù)電路，以此保障產(chǎn)品EMC性能達(dá)標(biāo)，維持整機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。浪涌電壓的產(chǎn)生來源較為多樣，常見誘因主要有雷擊干擾、電網(wǎng)短路故障以及用電設(shè)備頻繁開關(guān)機(jī)等，接下來我們直接切入核心，詳解浪涌防護(hù)電路的具體設(shè)計思路。

如圖1所示，為強(qiáng)化電源模塊輸入級的浪涌防護(hù)能力，工程設(shè)計中通常會在外圍電路增設(shè)壓敏電阻（MOV）與TVS管兩類防護(hù)器件。部分設(shè)計會采用圖中（a）、（b）兩種電路布局，初衷是實(shí)現(xiàn)兩級浪涌防護(hù)，分層抵御沖擊干擾，但實(shí)際應(yīng)用中這類接法往往難以達(dá)到預(yù)期效果，甚至適得其反。

針對電路（a），若其中MOV2的壓敏電壓參數(shù)、通流承載能力均低于MOV1，在雷擊、強(qiáng)電網(wǎng)擾動等強(qiáng)干擾場景下，MOV2會率先承受超出自身耐受范圍的浪涌沖擊，進(jìn)而提前擊穿損壞，直接導(dǎo)致整條防護(hù)回路失效，最終引發(fā)整個用電系統(tǒng)癱瘓。

同理來看電路（b），由于TVS管的響應(yīng)速度遠(yuǎn)快于壓敏電阻MOV，浪涌信號來襲時，MOV尚未啟動泄流防護(hù)，TVS管就會因獨(dú)自承受全部浪涌能量而過早損壞，完全喪失兩級防護(hù)的意義。

因此工程中常用的正確接法為圖（c）、（d）所示，在兩組壓敏電阻之間，或是MOV與TVS管之間串聯(lián)一顆電感，利用電感將兩類防護(hù)器件有效分隔為獨(dú)立兩級，實(shí)現(xiàn)分層泄流、逐級防護(hù)，最大化發(fā)揮浪涌防護(hù)器件的性能。

兩級浪涌防護(hù)

除此之外，還可在MOV與TVS管之間串聯(lián)限流電阻，通過限流作用避免TVS管因先導(dǎo)通、承受過量浪涌電流而損壞；選型該限流電阻時，必須重點(diǎn)核算其額定功耗，確保實(shí)際工況下功耗匹配，防止電阻提前燒毀失效。同時，可在防護(hù)回路中并聯(lián)電容，借助電容吸收浪涌殘余能量，進(jìn)一步提升電路整體抗浪涌沖擊能力，具體接法可參考下圖。

另外，MOV與TVS管的器件選型是浪涌防護(hù)設(shè)計的核心環(huán)節(jié)，合理選取最大允許工作電壓、最大通流量兩項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)至關(guān)重要。參數(shù)選型需嚴(yán)格參照電源模塊的實(shí)際輸入電壓規(guī)格，以及對應(yīng)的浪涌抗擾度試驗(yàn)等級：若最大允許電壓選型偏小，會導(dǎo)致后端供電回路工作異常，無法正常供電；若選型偏大，則器件無法及時啟動泄流，起不到浪涌保護(hù)作用；而最大通流量參數(shù)若選取過小，器件耐受浪涌沖擊的能力不足，極易在浪涌干擾下直接損壞，導(dǎo)致防護(hù)失效。

02

電源模塊的PCB設(shè)計

除外圍浪涌防護(hù)電路設(shè)計外，模塊電源產(chǎn)品本身有著專屬的PCB設(shè)計規(guī)范，設(shè)計階段需要綜合考量散熱布局、EMC電磁兼容優(yōu)化、干擾抑制管控以及生產(chǎn)工藝適配等多項(xiàng)核心要點(diǎn)，涉及的設(shè)計維度廣、細(xì)節(jié)要求多。

正因如此，PCB設(shè)計在模塊電源產(chǎn)品的整體開發(fā)流程中，屬于核心關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其設(shè)計合理性直接影響產(chǎn)品最終性能與量產(chǎn)穩(wěn)定性，具體設(shè)計要點(diǎn)與布局參考如下圖所示：

03

電源模塊的內(nèi)部電路設(shè)計

電源模塊都不是線性電源類型，都是開關(guān)電源，在開關(guān)管開通、關(guān)斷時，電壓和電流都會被斬波，造成較大瞬態(tài)變化（di/dt、dv/dt），所以開關(guān)電源是較大的EMC干擾源。隔離電源模塊常用的電路拓?fù)洌焊綦x正激和隔離反激。通過產(chǎn)品內(nèi)部電路設(shè)計+PCB設(shè)計，使得產(chǎn)品的EMC性能達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

04

電源模塊傳導(dǎo)騷擾設(shè)計

設(shè)計電源模塊傳導(dǎo)騷擾電路，首先需要分析電源模塊的傳導(dǎo)騷擾情況，并找到對應(yīng)解決方案。下面列舉一些情況通過示波器進(jìn)行分析：

1、低頻：150KHz-1MHz頻率，尤其是開關(guān)頻率點(diǎn)——差模騷擾

解決方案：差模濾波

2、中頻：1MHz-10MHz頻率——差模和共模騷擾

解決方案：適當(dāng)稍加點(diǎn)共模濾波

3、高頻：10MHz-30MHz頻率——共模騷擾

解決方案：共模濾波

所以，為了解決電源模塊傳導(dǎo)騷擾問題，應(yīng)在模塊傳輸路徑上添加差模濾波和共模濾波電路，如下圖所示：

經(jīng)驗(yàn)分享：若經(jīng)示波器測試某電源模塊頻率范圍為30MHz-1000MHz，從傳導(dǎo)騷擾波形預(yù)測輻射騷擾好壞，高頻段呈直線性上升無下跌趨勢的，產(chǎn)品的輻射騷擾一般都會很差。