電源模塊抗浪涌干擾整改實例

引言

開關操作、電容器組的切換、晶閘管的通斷、對地短路或電弧故障等都可以在電網上產生過電壓或過電流。

浪涌沖擊試驗即是模擬這種過電壓和過電流的干擾試驗。連接到電網上的電子設備都有浪涌沖擊抗擾度的要求，一般是根據GB/T 17626.5規定的測試方法進行試驗。

在標準中強調被測設備處于工作狀態，要求不能改變工作模式、不能有數據丟失。目前開關電源設計中頻率逐漸升高、數字控制部分越來越多，對干擾越來越敏感。在抗干擾試驗中很多故障都是因為控制電路設計不合理導致的。下面通過一個實際案例說明開關電源在抗干擾試驗中遇到的典型問題及設計中應注意的細節。

1 被測產品

被測產品是一個使用220 V 交流供電的電子產品，主要由電源模塊和數字處理模塊組成，如圖1 所示。本次試驗主要針對電源的抗干擾問題，介紹電源模塊的組成及原理。

這個電源由輸入單元、有源功率因數校正單元、開關功率轉換及輸出單元組成。其中有源PFC即主動式PFC使用主動組件、控制線路及功率型開關式組件，基本運作原理為調整輸入電流波型使其與輸入電壓波形盡可能相似，功率因素校正值可達近乎100%.另外主動式PFC可使電源供應器輸入電壓范圍從90V直流)擴增到264 V(直流)。功率轉換單元包括電子開關、脈寬調制控制及反饋等功能;輸出單元包括二次整流和平滑濾波等功能。

2 試驗現象

這是一個對數字電子產品進行浪涌沖擊試驗的案例。這款電子設備采用220V交流供電，經過內部電源模塊(包括開關電源及控制電路)變為53V直流供后面的數字電路使用。

按照GB/T 17626.5規定的測試方法，對這款設備的AC輸入端口注入2kV的混合波時，發現設備重啟。首先判斷是電源部分導致的重啟還是因為數字處理電路部分受到干擾導致的重啟。反復進行試驗，監測電源輸出和重要的系統啟動等信號狀態，發現在浪涌沖擊時電源輸出的直流電壓中斷。

從示波器抓到的電源輸出波形圖可以看出，電源模塊的輸出中斷大概100ms并自動重啟恢復輸出53.5V.

期間電源模塊前面板綠色指示燈閃爍一次。為確認不是后面數字電路的影響，把電源模塊單獨拿出來連接電阻負載重新進行試驗，復現了這種情況。

3 問題分析

(1)首先，懷疑在浪涌注入時整流器次級MCU重啟。但是在增強次級輔助電源濾波器和重啟管腳的濾波器后沒有什么作用。檢查這個MCU的信號管腳，并沒有錯誤發生。所以這個整流器停止工作原因在初級。

(2)其次，在做過多次測試后，確定AC側過壓檢測電路動作。這個過壓動作原因是浪涌的尖刺進入到電壓保持電路中。通過圖 可知，這里沒有保持時間，當浪涌注入時，這個輸入過壓電路立刻動作。正常的過壓保護點在300V.

這個峰值檢波器總是很敏感，采用RC濾波器就可以濾除浪涌尖刺，避免下一個比較電路動作，如圖所示。

過電壓檢測電路

修改后的過電壓檢測電路

(3)第三，修改了過電壓檢測電路后重新進行浪涌沖擊試驗，電源輸出仍然會中斷。在優化峰值檢波器電路后，這個輸入過壓保護電路在浪涌注入時就不會動作了。但是PFC會控制IC停止工作導致整流器沒有輸出。

當浪涌進入到AC端口時，一個大的浪涌電流中一小部分會通過PFC的電流采樣電阻。通過這個采樣電阻，一個較大的負峰尖刺就產生了，并干擾PFC的控制IC進入保護模式一定時間。期間電源模塊仍然是工作的。

在浪涌發生后，PFC控制IC停止工作但開關電源模塊仍然保持輸出。鏈路電壓跌落最后也導致了電源模塊輸出跌落并最后中斷。

我們在控制IC的檢測管腳增加了鉗位二極管，如圖6所示。修改后再次進行浪涌注入試驗，就沒有保護產生了。

4 結語

導致電源模塊抗浪涌試驗失敗的因素很多，在實際的電源設計中應仔細檢查，尤其是電源的控制信號回路必須設計一定的抗干擾能力，才能保證整機的抗干擾性能