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用于直流电源的模块化EMI交流线路滤波器

时间:2022-06-27 13:30:00

对于以交流电源为动力的设备,模块化交流线路过滤器通常用作连接器或底盘的一部分,特别是在工业、医疗和ITE等待专业环境。该设备通常包括嵌入式交直流转换器或电源、底盘或机架机架pcb类型。在各种情况下,电力供应将始终作为满足排放法律要求的独立部分,典型EN55011/EN55032用于传导和辐射干扰。但仍可能需要额外的过滤。

经验丰富的设备设计师知道,仅仅使用兼容的组件并不能保证最终产品符合要求EMC要求。原因有很多。例如,设备交流直流转换器的合规性测试是在非常特定的条件下进行的,包括假设交流线路阻抗、输出负载、电缆长度和路由,以及组件相对于地面的位置。当最终产品被测试时,此AC-DC转换器安装在内部,所有这些条件都不同,导致传导电磁干扰信号更差。电力电缆上还可以检测到其他部件的辐射电磁干扰,从而提高传导水平。

模块化过滤器可以干扰系统的电磁干扰

外部模块过滤器可能是一个解决方案,但有数百个选择,哪一个是最好的?让我们首先看看一个典型的商业过滤器的内部电路,并考虑每个组件的作用(图1)。

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图1:使用这种典型的模块化电磁干扰滤波器CX使用电感-电容组合来降低共模噪声,使电容器衰减差异模态噪声。

电容CX从线路到中性,由快速变化的电流出现在转换器中。电容器的额定电压为X1、X2或X3.因为它们能承受交流线路上的电压瞬变。L它是一个共模或电流补偿扼流圈,由两个绕组控制,如图所示。共模噪声是由变换器中电压的快速变化引起的。从线路和中性点到地面,阻挡阀具有高阻抗,每个CY电容器将噪声电流引导到地面。正常运行的电流通过扼流圈上的两个绕组抵消铁芯中的磁场,因此可以在不担心磁饱和的情况下使用高电感值。L绕组之间的耦合不完美,产生一些漏感,表现为单独的串联电感,增加了差分模式的衰减。

虽然CX可以是实际范围内的任何电容值,但这两个CY受接地泄漏电流要求的限制。Y1型、Y2型、Y3型和Y4、额定工作电压和瞬态电压均有下降。漏电电流通过Y由于桥梁安全屏障线和中性点对地,电容器是一个潜在的问题。如果设备金属外壳的保护接地失效,外壳将通过Y电容器漂浮到线路电压,并可能引起电击。因此,这些Y电容器的值限制在不允许超过规定的电流通过套管,由特定应用环境的标准设置。限制范围可从几十毫安工业系统降至不到10毫安μa心脏流动医学应用程序。

电阻R1是一种高电阻,通常是1M欧姆,如果交流电源突然断开,不能依靠负载将电荷抽走,并在交流连接器插脚上留下潜在的危险电压,R1用于放电CX。IEC 62368-1等标准规定CX > 300nF(纳米法拉),R电容器应在两秒钟后放电至60V下面,对CX < 300nF则允许更高的电压。同样,对于只有训练有素的人员才能接触到的设备,允许的电压限制更高。

然而,其他标准则不同。iec60601 -1医疗设备要求一秒钟后放电小于60V,但如果CX小于100nF没有要求。IEC 62368-1等标准还要求电阻器承受瞬时电压,如果在熔断器前安装电阻器,则电阻的偏差不超过10%。因此,电阻R一是高标准部分。在某些应用中,R一般情况下,功耗可能会限制其遵守美国能源部(DoE)和欧洲ErP指令等机构规定的备用或空载损耗限制的机会。

图1所示fuse它可以包含在模块过滤器中,特别是流行的IEC320-C14类面板安装类型(图2)。

用于直流电源的模块化EMI交流线路滤波器

图2:像IEC320-C安装14这样的电熔面板EMI滤波器是流行的模块化滤波器选项。

在商业应用中,线路中的单个保险丝正常。如果熔断器元件符合标准,它将简化下游元件的规格,如R1.一些应用程序,如医疗设备和II类IT,要求线路和中性点同时熔断,以覆盖意外连接和反转的可能性。在单个熔断器的情况下,如果连接反转,带电线路将处于不稳定状态,并在电源开口处依赖上游熔断器或断路器,导致接地保护短路。然而,这些上游设备可能被额定为高电流值,以保护多负荷线路,并且不能保证在设备故障时快速打开,这可能会导致火灾风险。然而,双保险丝也有缺点,即连接到中性点的过流可能只打开中性点的保险丝,使设备表面死亡,但内部仍有活连接。

选择滤波器

滤波器的机械格式是选择过程的自然起点。机械变形可用作IEC带螺钉或卡扣的进口零件可根据应用要求选择开关和零、一、两个保险丝。IEC进口类型的额定为10A的C14和16A的C底盘安装部件可提供20A以上。底盘安装滤波器,导电接地金属通常由六面屏蔽和直接固定,提供非常有效的电磁干扰衰减。

医疗版本可用于所有类型,省略了Y电容器通常会减少泄漏电流μA最大值。这种省略必然意味着共模衰减减少,可能需要通过级联滤波器等其他地方进行补偿。

在给定的最低输入电压和负载功率因数下,滤波器的额定电流需求可以很容易地从负载功率需求中计算出来。例如,滤波器负载为200w,功率因数为0.9,在90vac时,会产生200w / (0.9 x 90 VAC) = 2.47A电流。在这种情况下,可以选择3a级的滤波器

选择滤波器所需的衰减最好在不安装滤波器的情况下测量系统性能,然后计算需要从外部滤波器获得多少额外的衰减以满足规格要求。滤波器数据表中的衰减曲线将给出滤波器性能的指示,但请记住,在规定的测试条件下,数据表的性能通常是50欧姆源和负载阻抗。虽然交流电源可以使用线路阻抗来稳定网络(LISN)标准化,但应用负载可能与数据表的测试条件大不相同。

在交流直流电源中,与内部滤波器级联的滤波器模块也会产生意想不到的结果,可能的谐振甚至会导致临界频率的电磁干扰放大。例如,电磁干扰图来自典型的交流直流转换器XP电源,部分PBR500PS12B,运行在230 VAC和180 W,如图3所示。图中拟峰值检测符合要求en55032曲线B排放限值线。然后在交流线中插入滤波器,即XP Power FCSS06SFR,其衰减特性如图4所示。虚线为差分模式,实线为共模衰减。整体组合结果如图5所示。

用于直流电源的模块化EMI交流线路滤波器

图3:带有内部滤波器的交直流电源的电磁干扰图显示其符合排放限值。

用于直流电源的模块化EMI交流线路滤波器

图4:XP FCSS06SFR模块滤波器的电磁干扰图显示差异和共模衰减。

用于直流电源的模块化EMI交流线路滤波器

图5:图3的AC-DC图4的外部滤波器添加到电源中,10mhz上述总衰减小于预期,需要确认测量。

可见,在1mhz滤波器的衰减降低了预期的发射量,但在10点左右mhz以上,改进不符合预期,这意味着模块化滤波器在这些频率下没有看到50欧姆的终止。它的衰减低于预期。这一结果证实了实际测量以确定合规性的必要性。

咨询专家

在初始阶段正确遵守EMC避免最终产品测试的高成本失败至关重要。然而,解决方案并不是简单地在交流入口处使用一个超大的模块过滤器,这可能会增加不必要的成本,甚至适得其反,并获得意想不到的衰减结果。相反,设计师应进行测试和测量,以确定其应用程序序的实际过滤器需求。像XP Power这样的电源制造商可以提供帮助,提供一系列带有模块化过滤器的交直流电源产品,这些过滤器的版本是为ITE、工业和低泄漏医疗应用等量身定制的。有些公司甚至为客户提供全面的应用程序设计支持,并免费使用他们的内部EMC合规前测试设施。

本文编译自powerelectronicsnews。

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