【導(dǎo)讀】某廠商在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)FTU系統(tǒng)控制器時(shí)，選用具有蓄電池充電功能的AC-DC電源模塊，以滿(mǎn)足FTU由市電220VAC和后備電源供電的要求。該電源模塊本身已符合相關(guān)的EMC性能等級(jí)要求，但客戶(hù)在進(jìn)行控制器整體EMC共模浪涌測(cè)試項(xiàng)目時(shí)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)控制板存在復(fù)位重啟等工作異常情況。
根據(jù)客戶(hù)反饋其在設(shè)計(jì)選型時(shí)，已結(jié)合系統(tǒng)參數(shù)選擇滿(mǎn)足對(duì)應(yīng)EMC等級(jí)要求的隔離開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品，理應(yīng)不存在此類(lèi)工作異常情況。這容易誤以為是電源模塊問(wèn)題。
為此，針對(duì)客戶(hù)的設(shè)計(jì)情況，結(jié)合相關(guān)性能規(guī)范要求，進(jìn)行整體電源設(shè)計(jì)方案分析和整改。
一、原因分析：
經(jīng)溝通排除參數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤、人為誤判等情況，在客戶(hù)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，針對(duì)電源回路進(jìn)行共模浪涌4級(jí)測(cè)試時(shí)，存在浪涌干擾時(shí)控制板出現(xiàn)異常現(xiàn)象，浪涌實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)異常現(xiàn)象同步消失。這說(shuō)明系統(tǒng)板確實(shí)受到共模浪涌干擾。
圖1.客戶(hù)FTU系統(tǒng)電源方案
上圖1為客戶(hù)的FTU系統(tǒng)電源方案。如果按照我司常規(guī)對(duì)EMC的測(cè)試操作規(guī)范的理解，電源回路打浪涌則應(yīng)用時(shí)在前端AC-DC電源模塊端口進(jìn)行，共模浪涌干擾的路徑存在于L/N到PE的閉環(huán)路徑上。
路徑1：AC-DC內(nèi)部L/N直接到PE;
路徑2：通過(guò)L/N、AC-DC輸出端、Y電容連到PE;
路徑3：通過(guò)L/N、AC-DC輸出端、DC-DC模塊、控制板空間耦合到PE。
既然控制板受到影響，那么一定是通過(guò)路徑3造成的影響。但AC-DC模塊的耐壓隔離分別為3000VAC和1500VDC，加上控制板與PE只能通過(guò)空間耦合，因此該問(wèn)題明顯無(wú)法直接判定根本原因。
進(jìn)一步與客戶(hù)溝通，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)所表明的電源回路其實(shí)包括輸入、輸出兩部分，這與單個(gè)電源模塊進(jìn)行電源輸入端的浪涌測(cè)試存在差異。客戶(hù)就是在AC-DC電源輸出端進(jìn)行浪涌四級(jí)測(cè)試時(shí)，才出現(xiàn)的異常狀況。
二、試驗(yàn)驗(yàn)證：
按照客戶(hù)電壓方案進(jìn)行AC-DC電源輸出端浪涌測(cè)試，則等同于DC-DC電源輸入端浪涌測(cè)試。因?yàn)閂RB-R3系列電源裸機(jī)是不具備相應(yīng)的抗浪涌能力，并且其各類(lèi)耐壓只有1500VDC。雖然其沒(méi)有PE輸入端，但進(jìn)行4KV的共模浪涌一定會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成損傷，其共模干擾會(huì)直接對(duì)后端的控制板造成影響;尤其是當(dāng)控制板與箱體的距離很近時(shí)，將形成干擾路徑。經(jīng)過(guò)實(shí)際模擬試驗(yàn)也證實(shí)以上的干擾分析。
三、整改過(guò)程：
結(jié)合干擾三要素（干擾源、傳播路徑、被干擾對(duì)象），干擾源即為符合標(biāo)準(zhǔn)要求的共模浪涌4級(jí)，這因素是無(wú)法進(jìn)行消除和改變;被干擾對(duì)象是其控制電路無(wú)法直接參與修改;因此只能通過(guò)傳播路徑進(jìn)行優(yōu)化整改。
優(yōu)化措施1：在傳播路徑上進(jìn)行干擾信號(hào)旁路處理
如圖1所示，若直接將Y電容更換為20D470K壓敏電阻進(jìn)行鉗位，且后端DC-DC又具備一定隔離能力，客戶(hù)整體實(shí)驗(yàn)結(jié)果確認(rèn)OK。但此類(lèi)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求AC-DC的輸出端對(duì)其PE端滿(mǎn)足2.5KVAC的隔離耐壓。而殘壓低的熱敏電阻無(wú)法滿(mǎn)足該耐壓要求，因此該優(yōu)化措施不可行。客戶(hù)需針對(duì)遙信端口打靜電，在確保耐壓測(cè)試的漏電流不超標(biāo)情況下，也需要保留這Y電容。
優(yōu)化措施2：在傳播路徑上進(jìn)行信號(hào)抑制處理
如下圖2所示，添加FS-A01D即為在重播路徑上進(jìn)行浪涌干擾抑制，同時(shí)將DC-DC電源模塊更換為隔離耐壓3000VDC的URF-R3系列，進(jìn)一步提升干擾信號(hào)的抑制能力;在AC-DC輸出的直流電壓正負(fù)直接并聯(lián)20D470壓敏電阻，避免浪涌瞬間直流電壓波動(dòng)影響;同時(shí)建議客戶(hù)排查其控制板是否存在外接的線(xiàn)路與外殼太近，需用用膠帶固定避免安裝時(shí)貼近外殼。
圖2.優(yōu)化整改的FTU系統(tǒng)電源方案
四、總結(jié)：
1.分析方法：首先需要精準(zhǔn)的定位問(wèn)題發(fā)生的根源——因系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)與單電源模塊的規(guī)范要求有差異，針對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化的浪涌測(cè)試包括AC-DC電源輸出回路。確認(rèn)問(wèn)題的起因之后，才能針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行理論層面的猜測(cè)和實(shí)驗(yàn)確認(rèn)。
2.方案優(yōu)化：舊方案問(wèn)題在于初步選擇器件規(guī)格時(shí)，同樣忽略了標(biāo)準(zhǔn)的差異，使得后端DC-DC模塊隔離抑制能力不足，且未進(jìn)行浪涌防護(hù)。新方案整改時(shí)，需要全面了解客戶(hù)整體系統(tǒng)的相關(guān)要求，避免將浪涌問(wèn)題轉(zhuǎn)移為耐壓?jiǎn)栴}，或靜電問(wèn)題。
