一个RS测试整改的实例分析

在EMC测试中,RS的全称为Radiated Susceptibility(辐射抗扰度),考察的是电子产品对周围环境电磁场干扰的敏感度。在开关电源设计中,由于几乎全是模拟电路,不易受干扰,所以此项测试通常比较容易通过,但是笔者设计的一款开关电源中却出现了RS测试失效的情况,经过反复调试,最终定位到问题点,现以此篇作分享总结。

这是一款使用TI UCC2801芯片设计的电源,次级输出端采用双路运算放大器LM2904分别作电压及电流反馈,次级侧的整改前原理图缩略如下,测试时失效频段为300MHZ-500MHZ,场强大小为20V/m,失效现象为电源反复重启。

调试步骤:

1.确认是否为触发各种保护的问题:设计中包含浪涌电流抑制保护、输入欠压保护和过温保护,把这些保护功能全部移除后,问题依然存在;

2.确认是否为初级侧UCC2801控制芯片的问题:把次级侧的电压电流反馈移除,电压反馈移动到初级,使用辅助供电绕组进行反馈,问题消失,由此可以得知问题出在次级侧的电压电流反馈电路;

3.确认是否为电压反馈环路的问题:把电流反馈环路移除,保留电压反馈环路,问题消失,由此可以确认问题出在电流反馈环路;

4.再次验证是否为电流反馈环路的问题:在3基础上把电流反馈环路加上,问题又复现了,由此可以确定是这部分电路被RS干扰出了问题,输出端过流保护被触发!!!

由上面原理图可知,过流保护被触发的原因无非是串在回路里的电阻上流过了超过设定值的电流,那么为什么RS测试会使输出端出现了大电流呢?

我们可以从RS的原理上分析:RS测试场地中分布着电磁场,当电磁场穿过闭合环路时,就会在这个环路中产生感应电动势,用如下公式表示:

U≈S*E*F/48

其中S为环路面积(单位:m^2),E为电场强度(单位:V/m),F为电场频率(单位:Mhz)。

假如在空间施加一个场强E=20V/m的电场,电路板上次级侧环路面积为10cm^2,那么在300MHZ频率处产生的感应电动势为:

U≈S*E*F/48=0.001*20*300/48=125mV

125mV的干扰电压能够在环路中产生多大电流呢,可以利用仿真进行更直白的观察:

由仿真电流波形可以看到峰值电流超过了0.8A,而此电源过流保护点设计为0.66A,因此电源进入了保护模式,不断重启。

搞清楚了原理,要解决这个问题有以下几个思路:

1.把过流保护点提高到干扰电流幅值以上,但是这样做有弊端,一般我们设置保护点比最大负载电流大5%-10%,若设置过高也就失去了过流保护的意义;

2.增大输出端电流采样电阻,由U≈S*E*F/48得知,在既定PCB上感应电压为定值,如果把采样电阻增大,(I_ocp-I_out)*Rcs也将增大,若此值大于感应电压,电源也不会进入保护模式。增大输出端电流采样电阻的弊端是采样电阻上的功耗也随着增大,影响电源转换效率。

3.增加滤波电路,RS测试频段为80MHZ-1000MHZ,频率相对较高,可以考虑增加低通滤波器的方式来将不需要的高频干扰信号滤除,常用且成本较低的低通滤波器为RC滤波。

此电源输出电流不大,因此采用方案2、3都可以,方案3是比较完美的,作者选择了此方案,整改后的原理图如下:

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