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EMC的设计优化--如何提升EMC性能呢?

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在电源模块应用中,EMC设计往往是重中之重,因为关乎整个用户产品的EMC性能。那么如何提升EMC性能呢?本文从电源模块的设计与应用角度为您解读。

EMC测试又叫做电磁兼容,描述的是产品两个方面的性能,即电磁发射/干扰EME和电磁抗扰EMS。EME中包含传导和辐射,而EMS中又包含静电、脉冲群、浪涌等。为提升用户系统稳定性,接下来我们将为大家讲述如何灵活应用以上方法优化电源EMC,本文将从电源的设计与应用等角度介绍4种常用解决方案:


01

浪涌防护电路

 

在电源模块实际应用环节,工程师通常会搭配浪涌防护电路,以此保障产品EMC性能达标,维持整机系统稳定运行。浪涌电压的产生来源较为多样,常见诱因主要有雷击干扰、电网短路故障以及用电设备频繁开关机等,接下来我们直接切入核心,详解浪涌防护电路的具体设计思路。

如图1所示,为强化电源模块输入级的浪涌防护能力,工程设计中通常会在外围电路增设压敏电阻(MOV)与TVS管两类防护器件。部分设计会采用图中(a)、(b)两种电路布局,初衷是实现两级浪涌防护,分层抵御冲击干扰,但实际应用中这类接法往往难以达到预期效果,甚至适得其反。针对电路(a),若其中MOV2的压敏电压参数、通流承载能力均低于MOV1,在雷击、强电网扰动等强干扰场景下,MOV2会率先承受超出自身耐受范围的浪涌冲击,进而提前击穿损坏,直接导致整条防护回路失效,最终引发整个用电系统瘫痪。同理来看电路(b),由于TVS管的响应速度远快于压敏电阻MOV,浪涌信号来袭时,MOV尚未启动泄流防护,TVS管就会因独自承受全部浪涌能量而过早损坏,完全丧失两级防护的意义。因此工程中常用的正确接法为图(c)、(d)所示,在两组压敏电阻之间,或是MOV与TVS管之间串联一颗电感,利用电感将两类防护器件有效分隔为独立两级,实现分层泄流、逐级防护,最大化发挥浪涌防护器件的性能。

 

两级浪涌防护

除此之外,还可在MOV与TVS管之间串联限流电阻,通过限流作用避免TVS管因先导通、承受过量浪涌电流而损坏;选型该限流电阻时,必须重点核算其额定功耗,确保实际工况下功耗匹配,防止电阻提前烧毁失效。同时,可在防护回路中并联电容,借助电容吸收浪涌残余能量,进一步提升电路整体抗浪涌冲击能力,具体接法可参考下图。

另外,MOV与TVS管的器件选型是浪涌防护设计的核心环节,合理选取最大允许工作电压、最大通流量两项关键参数至关重要。参数选型需严格参照电源模块的实际输入电压规格,以及对应的浪涌抗扰度试验等级:若最大允许电压选型偏小,会导致后端供电回路工作异常,无法 正常供电;若选型偏大,则器件无法及时启动泄流,起不到浪涌保护作用;而最大通流量参数若选取过小,器件耐受浪涌冲击的能力不足,极易在浪涌干扰下直接损坏,导致防护失效。



02

电源模块的PCB设计

除外围浪涌防护电路设计外,模块电源产品本身有着专属的PCB设计规范,设计阶段需要综合考量散热布局、EMC电磁兼容优化、干扰抑制管控以及生产工艺适配等多项核心要点,涉及的设计维度广、细节要求多。正因如此,PCB设计在模块电源产品的整体开发流程中,属于核心关键环节之一,其设计合理性直接影响产品最终性能与量产稳定性,具体设计要点与布局参考如下图所示:

 



03

电源模块的内部电路设计

电源模块都不是线性电源类型,都是开关电源,在开关管开通、关断时,电压和电流都会被斩波,造成较大瞬态变化(di/dt、dv/dt),所以开关电源是较大的EMC干扰源。隔离电源模块常用的电路拓扑:隔离正激和隔离反激。通过产品内部电路设计+PCB设计,使得产品的EMC性能达到最优状态。

 



04

电源模块传导骚扰设计

设计电源模块传导骚扰电路,首先需要分析电源模块的传导骚扰情况,并找到对应解决方案。下面列举一些情况通过示波器进行分析:

1、低频:150KHz-1MHz频率,尤其是开关频率点——差模骚扰

解决方案:差模滤波

2、中频:1MHz-10MHz频率——差模和共模骚扰

解决方案:适当稍加点共模滤波

3、高频:10MHz-30MHz频率——共模骚扰

解决方案:共模滤波

所以,为了解决电源模块传导骚扰问题,应在模块传输路径上添加差模滤波和共模滤波电路,如下图所示:

 

经验分享:若经示波器测试某电源模块频率范围为30MHz-1000MHz,从传导骚扰波形预测辐射骚扰好坏,高频段呈直线性上升无下跌趋势的,产品的辐射骚扰一般都会很差。



来源:电磁兼容之家
电源电路电磁兼容试验
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2026-04-20
最近编辑:5月前
电磁兼容之家
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