電源的EMI測試注意事項

在選擇電源時，產(chǎn)品最重要的功能要求之一是其 EMI 性能。AC/DC 電源是終端產(chǎn)品電子設備和為終端應用提供能量的電力公司之間的接口。FCC 和國際標準要求產(chǎn)品的 EMI 性能符合標準中定義的發(fā)射限制，具體取決于應用。

一個常見的假設是 EMI 輻射在滿載條件下或在某個交流線路電壓范圍內(nèi)最高。然而，根據(jù)電源的功率轉換拓撲，輻射會隨著線路電壓和負載范圍的變化而顯著變化。本文討論了執(zhí)行驗證測試時的注意事項，并提供了顯示負載范圍內(nèi)顯著 EMI 性能變化的數(shù)據(jù)。在某些情況下，低負載可能比滿負載更糟糕。建議對負載和線路條件進行驗證測試。這些建議可確保進行適當和徹底的評估，同時最大限度地減少實現(xiàn)高置信度合規(guī)性所需的測試。

客戶對更小、更低成本電源的需求推動了對更高效率的無止境追求。此外，政府法規(guī)(DoE Level VI、EU ErP 等)要求使用更高效的適配器，這促使行業(yè)尋找創(chuàng)新的解決方案來滿足這些要求。由于這些原因，新的解決方案已經(jīng)浮出水面，會對 EMI 性能產(chǎn)生一些意想不到的后果。

外部電源使用可變工作模式來降低空載功率并實現(xiàn)高效率。例如，隨著輸出負載的降低，轉換器可以切換到突發(fā)操作模式以最小化功耗。與高負載條件相比，這會導致 EMI 濾波器諧振并導致這些低負載條件下的傳導發(fā)射增加。如果假設在滿載條件下傳導發(fā)射更糟，這種情況可能會被忽略。

更高功率的轉換器 (~80+ W)，尤其是那些需要滿足 C 或 D 類諧波電流的轉換器，將具有功率因數(shù)校正 (PFC) 級，以最大限度地減少輸入電流諧波。有多種實現(xiàn) PFC 的方法。其中包括過渡模式控制、兩相 PFC 級——其中一個相位可以在較低負載下禁用，然后啟用并移相以減少較高負載下的輸入紋波電流——以及固定和可變頻率模式，僅舉幾例。所有這些技術都具有在寬交流電源變化和負載變化范圍內(nèi)降低功率損耗方面的優(yōu)勢。然而，它們也對設計在重載和低負載下有效且阻尼較小的 EMI 濾波器構成挑戰(zhàn)。把事情復雜化，系統(tǒng)設計工程師通常會添加系統(tǒng)級 EMI 濾波器，以解決可能由 AC/DC 電源供電的系統(tǒng)電子設備產(chǎn)生的 EMI 源。在許多情況下，由于系統(tǒng) EMI 濾波器和 AC/DC 電源 EMI 濾波器的阻抗不匹配，添加的系統(tǒng)級 EMI 濾波器會使情況變得更糟。

為了說明這個問題，下面是一些實際的例子：

一種常見的技術使用可變開關頻率來降低線路電壓和負載電流的功率損耗，以及突發(fā)模式/相位管理(在輕負載時脈沖跳躍或關閉一個相位)，這對于滿足輕負載效率標準非常有用。這些操作條件改變了我們看待傳導發(fā)射的方式。

案例研究 #1：

電源拓撲：帶前端 PFC 的諧振半橋。交錯轉換模式 PFC 控制器，后跟一個具有突發(fā)模式的 DC/DC 級 LLC 可變頻率諧振轉換器。

在此示例中，電源在 120 Vac 時在 170 kHz 時超出限值 2.5 dB，而在 240 Vac 時超出限值 9.5 dB。事實證明，在 120 Vac 和中間負載下，交錯式 PFC 電路關閉一個相并將另一相電流加倍以將電壓提升至 400 Vdc，從而增加通過電感器的峰值電流并產(chǎn)生比240 伏交流電。噪聲被附近的輸入線路濾波器拾取并傳導至線路。如果在滿負載下測量，交錯式轉換器將在兩相下運行，并且比在低負載下單相運行時具有更低的傳導發(fā)射。通過一些修改，實現(xiàn)了一個在所有線路和負載條件下具有 6dB 裕量的解決方案。

案例研究 #2：

供應商的現(xiàn)成 250-W 外部電源使用了諧振 LLC 半橋轉換器，該轉換器在低負載下具有突發(fā)模式操作，具有連續(xù)導通模式固定頻率 PFC 前端。

電源在 10% 負載時超出限值 2 dB，但在 50% 負載時超出限值 0.6 dB，在 100% 負載時超出限值 5 dB，這與我們在案例研究 #1 中發(fā)現(xiàn)的問題相似。

圖 1：一家 OEM 的 250-W 外部電源在 25-W 負載(額定負載的 10%)下在低負載傳導發(fā)射時發(fā)射失敗。藍色： 準峰值掃描。綠色： 平均掃描。BQ 線： CISPR11 B 類 l 準峰值限制。BA線： CISPR11 B類平均限制。

案例研究#3：

一家 OEM 的 30-W 能源(參見圖 2 )Star Level VI 外部電源，采用綠色模式可變頻率反激拓撲。

我們在不同的線路和負載條件下測試了電源。我們發(fā)現(xiàn)它在 120 Vac 滿載時以舒適的余量通過了傳導發(fā)射，但在 240 Vac 時失去了所有余量，并且實際上在降低負載時失敗，無論線路電壓如何。無論線路電壓如何，它在 15 W 負載(額定負載的 50%)和 3 W(10% 額定負載)下也未能通過平均傳導發(fā)射。

圖 2：OEM 30-W VI 級外部電源。藍色： 準峰值掃描。綠色： 平均掃描。BQ線： CISPR11 B類準峰值限制。BA線： CISPR11 B類平均限制。注意： 綠色圖(平均掃描)超過平均限制線。240-Vac 30-W 負載(100% 額定負載)下的傳導發(fā)射。

對 EMI 性能產(chǎn)生負面影響的系統(tǒng)濾波器示例

兩個不同的電源輸入模塊與同一電源一起使用，以展示其對 EMI 的影響。

帶有電阻負載的被測電源在 B 類限制下的 CE 裕度至少為 6 dB。供應商 A 的電源輸入模塊首先用作主電源和被測電源之間的接口。對傳導發(fā)射進行了測試，發(fā)現(xiàn)它超出了限制 3.5 dB。

供應商 A 濾波器不適用于被測電源。

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將供應商 A 的電源輸入模塊替換為供應商 B 的濾波器。在相同的測試條件下再次執(zhí)行傳導發(fā)射。結果表明它在限制下通過了 5 dB。

供應商 B 與被測電源配合良好。

結論

在許多終端應用中，峰值功率會在短時間內(nèi)出現(xiàn)，而恒定負載功率通常在電源額定功率的 50% 左右或更低。當處于空閑模式時，系統(tǒng)可能會進入低功耗模式。系統(tǒng)需要在所有這些操作條件下符合 EMI 輻射水平?？紤]到最終應用并從上述案例研究中吸取教訓，必須在 100 Vac、120 Vac 和 240 Vac 下執(zhí)行傳導發(fā)射測試，并將負載電流從零掃描到滿載，或至少在 100%、50 % 和 10% 的額定負載，以確保符合內(nèi)部規(guī)范。

電源輸入模塊設計為低通濾波器，控制共模和差模電流。在系統(tǒng)中，由于其感抗和容抗干擾電源 EMI 濾波器，可能會引起諧振。選擇具有合適電容和電感的電源輸入模塊與電源一起使用至關重要。

　　審核編輯：湯梓紅