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轨道机车领域的一个基于开关电源的EMC解决方案

在轨道机车领域,由于可靠性要求高,安装空间紧凑,使开关电源的小型化设计得以广泛运用,并引发了一系列电磁兼容方面的问题。本文就此给出了一个可行的EMC解决方案,着重解决传导超标,纹波过大问题。

传导干扰:开关电源作为干扰源,通过输入端传导发射,输出端传导发射,辐射发射三种方式对外输出干扰信号,铁路机车标准EN50155,对此均有严格要求。

纹波电压:开关电源在工作时,尤其是DC-DC变换,依赖于MOSFET管与肖特基整流的不断开关动作,导致纹波和噪声污染十分严重,对系统造成了严重危害。基于设备可靠运行的要求,数据采集单元对开关电源直流输出有严格要求,比如:纹波电压必须控制在电源电压的1%以内,甚至是10mV。

经过实验验证,开关电源纹波噪声抑制的解决方案完全可行(加入专用滤波器后,传导测试均顺利通过,在此不做过多描述),主要测试设备:ACDC电源,可调负载,毫伏表(或者示波器),网络接收机(带探头),如下图所示:

结论如下:

(1)在开关电源供电入口处,加入匹配的压敏电阻(或者TVS),在浪涌测试时,效果非常理想,针对RIA12,385V/20ms标准之浪涌测试,我司也有成熟解决方案,欢迎来电来函咨询;

(2)如果传导测试引用Class B级标准时,恰当增加电容C1,C2,C3或者C4,C5,C6也可以通过测试;

(3)ACDC电源,由于开关频率较低,建议C8使用固态电容(电解电容由于性能缺陷,不在本文讨论范围),以22~100uF范围取值为佳;DCDC电源,由于开关频率为200KHz或更高,使用TYJ130P系列滤波器,纹波电压可以减少50%以上。

(4)本方案简单可行,且占用空间极少,其中滤波器TYJ130P高度仅为10.2毫米,最大电流10安培,可轻易装配到PCB板上。