如何實現(xiàn)EMC要求合規(guī)性

盡管作為離散單元，電源通常能夠遵守有關電磁干擾 （EMI） 的相關法規(guī)，但必須在完整系統(tǒng)的范圍內(nèi)驗證合規(guī)性。如果購買的 AC-DC 電源單元 （PSU） 需要集成到系統(tǒng)設計中，則意味著所涉及的工程團隊必須自己處理 EMI 方面，從而導致應對眾多挑戰(zhàn)。本文將著眼于需要解決的問題以及如何最大程度地減少工作量。

根據(jù)最終產(chǎn)品的目標市場，工程師需要了解某些 EMI 標準。在美國，有 FCC 第 15 部分 A 類和 B 類標準，而全球將適用 IEC 的 CISPR 32 A 類和 B 類標準。盡管應該理解這些標準并不完全相同，但它們?nèi)匀幌喈斀咏?。因此，只要滿足其中之一的合理程度的容忍度，它也將能夠遵守另一個。

對于這兩個標準，A 類與商業(yè)、工業(yè)或商業(yè)環(huán)境中使用的設備有關。相反，B 類處理住宅用途。后者具有更大的嚴格性，因為假設設備在受控較少的環(huán)境中運行，發(fā)生交叉干擾的可能性更大。

在生產(chǎn)時，PSU 制造商通常會確保他們的設備符合剛剛描述的 EMC 標準之一。不過，這是對它們進行單獨測試的時候，而不是與它們最終將在其中使用的系統(tǒng)一起進行測試。由于法定電磁合規(guī) （EMC） 認證適用于整個系統(tǒng)，因此 PSU 產(chǎn)生的噪聲必須添加到數(shù)據(jù)線、時鐘等發(fā)出的噪聲中。然后，總數(shù)需要低于標準認為可接受的數(shù)字。

當只涉及一個 PSU 時，系統(tǒng)很有可能達到必要的 EMC 合規(guī)性。因此，工程師可以避免將外部濾波納入其設計的相關困難。正如我們將看到的，一旦必須考慮多個 PSU，事情就會變得更加復雜。

作為模塊安裝在系統(tǒng)中的 AC-DC 通常具有與機箱電源連接器或進行 EMI 測量的飛線的有線連接。這意味著此布線可能會受到影響，這可能會增加未滿足 EMC 合規(guī)性的風險。如果 AC-DC 模塊的 EMC 合規(guī)性有合理的余量，那么系統(tǒng)應該能夠獲得認證，只要注意接地和電纜布線。

圖 1 EMI 拾取通常出現(xiàn)在電纜上。資料來源：崔公司。

單個外部過濾器

然而，指定帶有內(nèi)部濾波器的 AC-DC 可能不是最好的方法有幾個原因。例如，如果僅使用內(nèi)部濾波器無法實現(xiàn)完全的 EMC 合規(guī)性，則可能仍需要在設計中添加外部濾波器。這不僅會增加組件的總成本，還會占用額外的工程資源。額外濾波帶來的歐姆損耗肯定會對整體系統(tǒng)效率產(chǎn)生影響。此外，在某些情況下，內(nèi)部和外部濾波器可能會相互影響，從而在某些頻率上引起共振，從而增加 EMI 水平。

與這種過度設計和低效的安排相比，使用單個外部過濾器可以證明是一個更好的解決方案。這樣的過濾器將位于 AC 入口附近，并與實際系統(tǒng)負載更好地匹配。內(nèi)部濾波器的規(guī)格往往可以處理輸出負載和溫度水平方面的最壞情況。但是，它們所針對的實際應用可能沒有這些嚴格的要求。因此，如果在合并 PSU 或 PSU 之后采購外部過濾器并將其添加到系統(tǒng)中，這可能會顯著降低成本，并且尺寸也更小。從工程和商業(yè)角度來看，這兩者都是有利的。

在將多個 PSU 置于 N+n 配置中的設計中，其中至少有一個連續(xù)閑置，因此可以使用一個外部通用濾波器，其額定值僅適用于任何一次供電的實際 PSU 數(shù)量。每個 PSU 都不需要內(nèi)部過濾器，并且可以顯著降低材料清單 （BOM） 成本。

圖 2多個 PSU 上的單獨過濾（左）與使用單個過濾器的更簡化的方法（右）相比。資料來源：崔公司。

最優(yōu)過濾策略

當系統(tǒng)具有多個 PSU 時，可能會出現(xiàn)其他問題。附加效應意味著所觀察到的 EMI 特性更加復雜，因此需要進行外部濾波。這將導致所涉及的所有不同過濾器之間發(fā)生交互的可能性，尤其是在特定時間未加載的過濾器。每個濾波器的漏地電流對系統(tǒng)整體效率的影響需要認真考慮。

在 PSU 方面，CUI 可以為設計工程師提供多種前瞻性選擇，從而可以處理不同的用例場景。根據(jù)應用環(huán)境的要求，解決方案可以包含或不包含 EMI 濾波器。以PSK-15W 系列PSU 為例。這些符合 CISPR 32 B 類限制，作為帶有內(nèi)部過濾的 PCB 模塊。它們具有 II 類安全等級——包括額外的絕緣——具有非常低的泄漏電流，因此不會影響系統(tǒng)的運行參數(shù)。

另一個例子是額定功率為 15W 的VOF-15B 系列。該系列中包含的 AC-DC 單元包含濾波功能，從而使它們能夠滿足 B 類 EMC 要求。由于這些是開放式 PSU，具有固有的低 EMI 水平，因此所需的濾波水平非常適中。這意味著需要最少的額外費用。

為了進一步降低總體成本，PBO-15C 系列PSU 不包括內(nèi)部過濾。相反，這些 15-W 輸出單元依賴于系統(tǒng)濾波器的支持，在許多情況下，無論如何都需要存在該濾波器。同樣，保持低電流泄漏。

盡管確保滿足 EMC 要求至關重要，但這可以通過幾種不同的方式來實現(xiàn)。根據(jù)標準，最佳過濾策略可以采取完全不同的形式。通過考慮最佳應用過濾的位置，可以避免與認證相關的大部分工程工作，同時降低 BOM 成本并避免交互以及電流泄漏問題。

Ron Stull 是 CUI Inc. 的電力系統(tǒng)工程師。