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開關(guān)電源EMI模塊詳解

電磁兼容EMC ? 來源:電磁兼容EMC ? 2020-07-02 10:49 ? 次閱讀
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1) 零線(N)、火線(L)、地線(G):通常家里的三角插頭的零火地的辨別是左零右火上地。在電源板上,我們所說的220V市電,其實(shí)就是有效值為220V,最大值為220*1.414V的交流正弦電壓。這個(gè)電壓都在火線上,零線一般不帶電,零線只是提供一個(gè)電流回路而已,兩側(cè)的電壓差除以等效電阻就是電流。它在供電端(發(fā)電廠、變電站等)接地,或在入戶前重復(fù)接地,是工作接地線,是輸電線路的一部分(由于是一個(gè)電流回路,加上流經(jīng)處的等效電阻,所以零線也是會(huì)帶電的)。而地線是在用戶端接地,和用電器的金屬外殼或人體可接觸部位連接,使機(jī)殼與大地等電位(一般是零電位),零線不與輸電線路構(gòu)成回路,所以理論上沒有電流。(市電一般都是零線不帶電,火線帶全部電,但是有些AC Source由于設(shè)置的緣故往往火線和零線都帶上一半的電。)

2) 保險(xiǎn)絲Fuse:保險(xiǎn)絲一般加在L端,因?yàn)檎G闆r下L端帶電,而N端是不帶電的。但是有時(shí)候?yàn)榱税踩矫娴目紤],在L端與N端都配有保險(xiǎn)絲(為了防止人工插拔造成的反插)。在輸入端加保險(xiǎn)絲是為了防止開機(jī)瞬間可能產(chǎn)生的尖峰大電流對(duì)電路造成的傷害。它的工作原理是:大電流流過,造成發(fā)熱,當(dāng)溫度達(dá)到保險(xiǎn)絲的熔點(diǎn)以上時(shí)自動(dòng)熔斷以達(dá)到保護(hù)電路的作用。我們選擇保險(xiǎn)絲一般都是選擇慢熔性(用T表示)的,也就是說熔斷所需要的能量較普通的保險(xiǎn)絲更大,所以它有較大的抵抗瞬間脈沖的能力。保險(xiǎn)絲的熔斷電流是額定電流的2倍。當(dāng)通過保險(xiǎn)絲的電流超過額定電流1.45倍時(shí),它的熔斷時(shí)間要在5分鐘之內(nèi),當(dāng)通過保2險(xiǎn)絲的電流超過額定電流2倍時(shí),它的熔斷時(shí)間要在1分鐘之內(nèi)。通過Q=PT=IRT就可以選擇熔點(diǎn)值。選擇Fuse,我們必須測(cè)出開機(jī)浪涌電流和穩(wěn)態(tài)工作電流的波形圖。Fuse的額定電壓2要大于最大穩(wěn)態(tài)工作電壓;額定電流要大于最大穩(wěn)態(tài)工作電流/溫度折減率。

舉個(gè)計(jì)算IT的例子:假設(shè)開機(jī)有3個(gè)正弦波的浪涌波,其浪涌電流最大值和持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)為:20A,10us;10A,10us;5A,10us。那么IT=? *20*0.00001+ ?*10*0.00001+?*5*0.00001=0.002625。

考慮到安全折減率,所以選用的Fuse的IT可以適當(dāng)小于這個(gè)值。由于Fuse要承受每次開機(jī)關(guān)機(jī)的浪涌電流沖擊,所以我們要設(shè)定它可耐沖擊的次數(shù)。一般保險(xiǎn)絲還會(huì)規(guī)定一個(gè)額定電壓,即當(dāng)保險(xiǎn)絲保護(hù)后(斷開),兩端加額定電壓時(shí),仍然處于斷開狀態(tài),不會(huì)造成安全隱患。

3) 負(fù)溫敏電阻NTCR:它的工作原理是阻值隨著溫度的升高而減小,主要功能也是用來保護(hù)電路,開機(jī)瞬間一般電流比較大,此時(shí)溫度低,負(fù)溫敏電阻阻值大,阻止了大電流對(duì)電路的傷害。選擇這個(gè)電阻時(shí),一般要考慮零功率電阻值和最大穩(wěn)態(tài)電流。零功率電阻值即25°C時(shí)的電阻值,選擇它時(shí)要考慮到電路開機(jī)瞬間的尖峰大小,同時(shí)我們也要保證最大穩(wěn)態(tài)電流大于電路的最大電流。

4) Y電容:就是電路上連接L端和G端,N端和G端的兩個(gè)電容,它是安規(guī)電容(所謂安規(guī)電容,就是當(dāng)電容器失效后不會(huì)導(dǎo)致電擊,不會(huì)危及人身安全。舉個(gè)例子:若X電容失效導(dǎo)致短路,那么電網(wǎng)的N端和L端直接短路,至少造成設(shè)備無法工作,而且使電網(wǎng)被短路;若Y電容失效導(dǎo)致短路,那么L端和地短路,使得某些外殼接地的電器的外殼直接帶上高電壓,從而對(duì)人身安全帶來威脅。所以安規(guī)電容除了濾除EMI外還要保證在發(fā)生失效的時(shí)候不至于產(chǎn)生以上危險(xiǎn)),由于在電路上看起來很像Y型而得名。它的作用主要是用來濾除高頻成分以及共模噪聲(大小相等,方向相反的信號(hào),共模噪聲又稱對(duì)地噪聲,指的是兩根線分別對(duì)地的噪聲。實(shí)際應(yīng)用中,溫度的變化、各種環(huán)境噪聲的影響都可以視作共模噪聲)。根據(jù)電路的峰值脈沖電壓的不同可以選擇不同的Y電容,在Adapter電路中我們一般選擇Y1電容,它的額定電壓為250V,耐高壓超過8KV(此外還有Y2和Y3電容)。各個(gè)地區(qū)對(duì)Y電容的漏電流都有不同規(guī)定,以漏電流不小于0.35mA,工作電壓為220市電為例,那么容值一般選擇小于3500PF(電容越大,漏電流相應(yīng)也會(huì)越大)。備注:i=CdV/dt,則C=idt/dVt=0.35*0.001*(1/50/4)/(220*1.414-0)=3500PF。單純用探頭測(cè)Y電容兩端,可能有一個(gè)電容兩端是沒有電壓的,但是實(shí)際上,兩個(gè)Y電容可能是平分電壓的。

5) X電容:X電容連接在L端和N端之間,也是一個(gè)安規(guī)電容。它們的作用主要是用來濾除差模噪聲。X電容的容值允許比Y電容大,但此時(shí)必須在X電容的兩端并聯(lián)泄放電阻,用于防止電源線拔掉時(shí),由于該電容的充放電過程而導(dǎo)致電源線插頭長(zhǎng)時(shí)間帶電。安規(guī)規(guī)定,當(dāng)正在工作的機(jī)器在電源線被拔掉時(shí),在兩秒內(nèi),電源線插頭的兩端帶電的電壓必須小于原來額定電壓的30%。

6) 共模電感和差模電感:差模電感可用于配合X電容濾除差模干擾(一般都沒加),共模電感可用于配合Y電容濾除共模干擾。

7) 泄放電阻:顧名思義,這里的電阻就是用來消耗X電容上面的電壓,電容的容值越大,為了保證在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)電壓降到安全范圍,我們就要相應(yīng)的減小電阻的阻值。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)這里的電阻總值一般在1M-2M之間,但是在功率和電阻的結(jié)構(gòu)上有要求。如果不用貼片電阻的話,我們要用玻璃釉或者金屬釉制成的電阻,并且功率要求在1W-2W。由于結(jié)構(gòu)方面的原因我們可以直接選擇貼片電阻。

8) CAPZero芯片:現(xiàn)在多用CAPZero芯片加電阻來來替代單純用泄放電阻組成的泄放回路。當(dāng)CAPZero兩端施加AC電壓時(shí),CAPZero會(huì)偵測(cè)到AC電壓的存在,此時(shí)它會(huì)阻斷電阻的吸收回路,在電路正常工作的時(shí)候就可以避免這部分的功耗。當(dāng)AC電壓消失的時(shí)候,這個(gè)通路導(dǎo)通,X電容上的電壓就會(huì)通過電阻消耗掉。所以我們可以采用較大值的X電容,從而可以把電感量降低,從而達(dá)到降低成本的目的(由于AC存在的時(shí)候,電阻耗電通路關(guān)斷,所以X電容上的電不會(huì)損耗在電阻上,可以取很大的值,而不必?fù)?dān)心功耗的問題)。

9) 壓敏電阻RV:當(dāng)兩端電壓低于其閾值電壓時(shí),流過其電流極小,此時(shí)呈現(xiàn)高阻抗?fàn)顟B(tài)。當(dāng)電壓超過閾值電壓時(shí),流過其電流急劇增大,利用這一功能可以抑制瞬間高壓(流過電流變大,使得壓降變大,從而減小電路工作電壓)??捎糜谶^壓保護(hù)電路以及吸收浪涌電流。一般在電路中會(huì)并在整流橋的兩個(gè)交流極之間或者NL兩側(cè)。

10) 放電管:一般并聯(lián)在共模電感兩側(cè),當(dāng)放電管的兩極施加一定的電壓的時(shí)候,便在極間產(chǎn)生不均勻的電場(chǎng),當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定值的時(shí)候,電極間產(chǎn)生電弧,電離氣體,從而使放電管馬上轉(zhuǎn)入導(dǎo)通的狀態(tài),當(dāng)浪涌電壓消失的時(shí)候,恢復(fù)原狀。

11) 整流橋堆:橋堆是由4個(gè)二極管組成的,主要的作用是要把交流電整成直流電。它的工作原理是:利用二極管的單向?qū)щ娦院凸軌航祵⒔涣麟娬赏环较虻拿}動(dòng)直流,然后通過電容的濾波和充放電整成直流電。橋堆一般要選擇耐壓值超過電路中可能出現(xiàn)的最大電壓,電流一般要大于電流中可能出現(xiàn)的最大沖擊電流。

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原文標(biāo)題:開關(guān)電源EMI模塊詳解[20200622]

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