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軌道機車領域的一個基于開關電源的EMC解決方案

在軌道機車領域,由于可靠性要求高,安裝空間緊湊,使開關電源的小型化設計得以廣泛運用,并引發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,著重解決傳導超標,紋波過大問題。

傳導干擾:開關電源作為干擾源,通過輸入端傳導發射,輸出端傳導發射,輻射發射三種方式對外輸出干擾信號,鐵路機車標準EN50155,對此均有嚴格要求。

紋波電壓:開關電源在工作時,尤其是DC-DC變換,依賴于MOSFET管與肖特基整流的不斷開關動作,導致紋波和噪聲污染十分嚴重,對系統造成了嚴重危害。基于設備可靠運行的要求,數據采集單元對開關電源直流輸出有嚴格要求,比如:紋波電壓必須控制在電源電壓的1%以內,甚至是10mV。

經過實驗驗證,開關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,傳導測試均順利通過,在此不做過多描述),主要測試設備:ACDC電源,可調負載,毫伏表(或者示波器),網絡接收機(帶探頭),如下圖所示:

結論如下:

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

(2)如果傳導測試引用Class B級標準時,恰當增加電容C1,C2,C3或者C4,C5,C6也可以通過測試;

(3)ACDC電源,由于開關頻率較低,建議C8使用固態電容(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。

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