電源的EMI測(cè)試注意事項(xiàng)

在選擇電源時(shí)，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(shè)備和為終端應(yīng)用提供能量的電力公司之間的接口。FCC 和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求產(chǎn)品的 EMI 性能符合標(biāo)準(zhǔn)中定義的發(fā)射限制，具體取決于應(yīng)用。

一個(gè)常見的假設(shè)是 EMI 輻射在滿載條件下或在某個(gè)交流線路電壓范圍內(nèi)最高。然而，根據(jù)電源的功率轉(zhuǎn)換拓?fù)?，輻射?huì)隨著線路電壓和負(fù)載范圍的變化而顯著變化。本文討論了執(zhí)行驗(yàn)證測(cè)試時(shí)的注意事項(xiàng)，并提供了顯示負(fù)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(fù)載可能比滿負(fù)載更糟糕。建議對(duì)負(fù)載和線路條件進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試。這些建議可確保進(jìn)行適當(dāng)和徹底的評(píng)估，同時(shí)最大限度地減少實(shí)現(xiàn)高置信度合規(guī)性所需的測(cè)試。

客戶對(duì)更小、更低成本電源的需求推動(dòng)了對(duì)更高效率的無(wú)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(lái)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(huì)對(duì) 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(lái)降低空載功率并實(shí)現(xiàn)高效率。例如，隨著輸出負(fù)載的降低，轉(zhuǎn)換器可以切換到突發(fā)操作模式以最小化功耗。與高負(fù)載條件相比，這會(huì)導(dǎo)致 EMI 濾波器諧振并導(dǎo)致這些低負(fù)載條件下的傳導(dǎo)發(fā)射增加。如果假設(shè)在滿載條件下傳導(dǎo)發(fā)射更糟，這種情況可能會(huì)被忽略。

更高功率的轉(zhuǎn)換器 (~80+ W)，尤其是那些需要滿足 C 或 D 類諧波電流的轉(zhuǎn)換器，將具有功率因數(shù)校正 (PFC) 級(jí)，以最大限度地減少輸入電流諧波。有多種實(shí)現(xiàn) PFC 的方法。其中包括過(guò)渡模式控制、兩相 PFC 級(jí)——其中一個(gè)相位可以在較低負(fù)載下禁用，然后啟用并移相以減少較高負(fù)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(shù)都具有在寬交流電源變化和負(fù)載變化范圍內(nèi)降低功率損耗方面的優(yōu)勢(shì)。然而，它們也對(duì)設(shè)計(jì)在重載和低負(fù)載下有效且阻尼較小的 EMI 濾波器構(gòu)成挑戰(zhàn)。把事情復(fù)雜化，系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師通常會(huì)添加系統(tǒng)級(jí) EMI 濾波器，以解決可能由 AC/DC 電源供電的系統(tǒng)電子設(shè)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(jí) EMI 濾波器會(huì)使情況變得更糟。

為了說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，下面是一些實(shí)際的例子：

一種常見的技術(shù)使用可變開關(guān)頻率來(lái)降低線路電壓和負(fù)載電流的功率損耗，以及突發(fā)模式/相位管理(在輕負(fù)載時(shí)脈沖跳躍或關(guān)閉一個(gè)相位)，這對(duì)于滿足輕負(fù)載效率標(biāo)準(zhǔn)非常有用。這些操作條件改變了我們看待傳導(dǎo)發(fā)射的方式。

案例研究 #1：

電源拓?fù)洌簬岸?PFC 的諧振半橋。交錯(cuò)轉(zhuǎn)換模式 PFC 控制器，后跟一個(gè)具有突發(fā)模式的 DC/DC 級(jí) LLC 可變頻率諧振轉(zhuǎn)換器。

在此示例中，電源在 120 Vac 時(shí)在 170 kHz 時(shí)超出限值 2.5 dB，而在 240 Vac 時(shí)超出限值 9.5 dB。事實(shí)證明，在 120 Vac 和中間負(fù)載下，交錯(cuò)式 PFC 電路關(guān)閉一個(gè)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(guò)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(dǎo)至線路。如果在滿負(fù)載下測(cè)量，交錯(cuò)式轉(zhuǎn)換器將在兩相下運(yùn)行，并且比在低負(fù)載下單相運(yùn)行時(shí)具有更低的傳導(dǎo)發(fā)射。通過(guò)一些修改，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)在所有線路和負(fù)載條件下具有 6dB 裕量的解決方案。

案例研究 #2：

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

電源在 10% 負(fù)載時(shí)超出限值 2 dB，但在 50% 負(fù)載時(shí)超出限值 0.6 dB，在 100% 負(fù)載時(shí)超出限值 5 dB，這與我們?cè)诎咐芯?#1 中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題相似。

圖 1：一家 OEM 的 250-W 外部電源在 25-W 負(fù)載(額定負(fù)載的 10%)下在低負(fù)載傳導(dǎo)發(fā)射時(shí)發(fā)射失敗。藍(lán)色： 準(zhǔn)峰值掃描。綠色： 平均掃描。BQ 線： CISPR11 B 類 l 準(zhǔn)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?fù)洹?/p>

我們?cè)诓煌木€路和負(fù)載條件下測(cè)試了電源。我們發(fā)現(xiàn)它在 120 Vac 滿載時(shí)以舒適的余量通過(guò)了傳導(dǎo)發(fā)射，但在 240 Vac 時(shí)失去了所有余量，并且實(shí)際上在降低負(fù)載時(shí)失敗，無(wú)論線路電壓如何。無(wú)論線路電壓如何，它在 15 W 負(fù)載(額定負(fù)載的 50%)和 3 W(10% 額定負(fù)載)下也未能通過(guò)平均傳導(dǎo)發(fā)射。

圖 2：OEM 30-W VI 級(jí)外部電源。藍(lán)色： 準(zhǔn)峰值掃描。綠色： 平均掃描。BQ線： CISPR11 B類準(zhǔn)峰值限制。BA線： CISPR11 B類平均限制。注意： 綠色圖(平均掃描)超過(guò)平均限制線。240-Vac 30-W 負(fù)載(100% 額定負(fù)載)下的傳導(dǎo)發(fā)射。

對(duì) EMI 性能產(chǎn)生負(fù)面影響的系統(tǒng)濾波器示例

兩個(gè)不同的電源輸入模塊與同一電源一起使用，以展示其對(duì) EMI 的影響。

帶有電阻負(fù)載的被測(cè)電源在 B 類限制下的 CE 裕度至少為 6 dB。供應(yīng)商 A 的電源輸入模塊首先用作主電源和被測(cè)電源之間的接口。對(duì)傳導(dǎo)發(fā)射進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)它超出了限制 3.5 dB。

供應(yīng)商 A 濾波器不適用于被測(cè)電源。

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將供應(yīng)商 A 的電源輸入模塊替換為供應(yīng)商 B 的濾波器。在相同的測(cè)試條件下再次執(zhí)行傳導(dǎo)發(fā)射。結(jié)果表明它在限制下通過(guò)了 5 dB。

供應(yīng)商 B 與被測(cè)電源配合良好。

結(jié)論

在許多終端應(yīng)用中，峰值功率會(huì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)，而恒定負(fù)載功率通常在電源額定功率的 50% 左右或更低。當(dāng)處于空閑模式時(shí)，系統(tǒng)可能會(huì)進(jìn)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(yīng)用并從上述案例研究中吸取教訓(xùn)，必須在 100 Vac、120 Vac 和 240 Vac 下執(zhí)行傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試，并將負(fù)載電流從零掃描到滿載，或至少在 100%、50 % 和 10% 的額定負(fù)載，以確保符合內(nèi)部規(guī)范。

電源輸入模塊設(shè)計(jì)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(huì)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(guān)重要。

　　審核編輯：湯梓紅