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軌道機(jī)車領(lǐng)域的一個基于開關(guān)電源的EMC解決方案

在軌道機(jī)車領(lǐng)域,由于可靠性要求高,安裝空間緊湊,使開關(guān)電源的小型化設(shè)計(jì)得以廣泛運(yùn)用,并引發(fā)了一系列電磁兼容方面的問題。本文就此給出了一個可行的EMC解決方案,著重解決傳導(dǎo)超標(biāo),紋波過大問題。

傳導(dǎo)干擾:開關(guān)電源作為干擾源,通過輸入端傳導(dǎo)發(fā)射,輸出端傳導(dǎo)發(fā)射,輻射發(fā)射三種方式對外輸出干擾信號,鐵路機(jī)車標(biāo)準(zhǔn)EN50155,對此均有嚴(yán)格要求。

紋波電壓:開關(guān)電源在工作時,尤其是DC-DC變換,依賴于MOSFET管與肖特基整流的不斷開關(guān)動作,導(dǎo)致紋波和噪聲污染十分嚴(yán)重,對系統(tǒng)造成了嚴(yán)重危害。基于設(shè)備可靠運(yùn)行的要求,數(shù)據(jù)采集單元對開關(guān)電源直流輸出有嚴(yán)格要求,比如:紋波電壓必須控制在電源電壓的1%以內(nèi),甚至是10mV。

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,開關(guān)電源紋波噪聲抑制的解決方案完全可行(加入專用濾波器后,傳導(dǎo)測試均順利通過,在此不做過多描述),主要測試設(shè)備:ACDC電源,可調(diào)負(fù)載,毫伏表(或者示波器),網(wǎng)絡(luò)接收機(jī)(帶探頭),如下圖所示:

結(jié)論如下:

(1)在開關(guān)電源供電入口處,加入匹配的壓敏電阻,在浪涌測試時,效果非常理想;

(2)如果傳導(dǎo)測試引用Class B級標(biāo)準(zhǔn)時,恰當(dāng)增加電容C1,C2,C3或者C4,C5,C6也可以通過測試;

(3)ACDC電源,由于開關(guān)頻率較低,建議C8使用固態(tài)電容(電解電容由于性能缺陷,不在本文討論范圍),以22~100uF范圍取值為佳;DCDC電源,由于開關(guān)頻率為200KHz或更高,使用TYJ130P系列濾波器,紋波電壓可以減少50%以上。

(4)本方案簡單可行,且占用空間極少,其中濾波器TYJ130P高度僅為10.2毫米,最大電流10安培,可輕易裝配到PCB板上。