【導讀】某廠商在設計和生產(chǎn)FTU系統(tǒng)控制器時，選用具有蓄電池充電功能的AC-DC電源模塊，以滿足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的EMC性能等級要求，但客戶在進行控制器整體EMC共模浪涌測試項目時，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)控制板存在復位重啟等工作異常情況。
根據(jù)客戶反饋其在設計選型時，已結合系統(tǒng)參數(shù)選擇滿足對應EMC等級要求的隔離開關電源產(chǎn)品，理應不存在此類工作異常情況。這容易誤以為是電源模塊問題。
為此，針對客戶的設計情況，結合相關性能規(guī)范要求，進行整體電源設計方案分析和整改。
一、原因分析：
經(jīng)溝通排除參數(shù)設定錯誤、人為誤判等情況，在客戶依據(jù)標準規(guī)范要求，針對電源回路進行共模浪涌4級測試時，存在浪涌干擾時控制板出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，浪涌實驗結束時異?，F(xiàn)象同步消失。這說明系統(tǒng)板確實受到共模浪涌干擾。
圖1.客戶FTU系統(tǒng)電源方案
上圖1為客戶的FTU系統(tǒng)電源方案。如果按照我司常規(guī)對EMC的測試操作規(guī)范的理解，電源回路打浪涌則應用時在前端AC-DC電源模塊端口進行，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L/N、AC-DC輸出端、Y電容連到PE;
路徑3：通過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只能通過空間耦合，因此該問題明顯無法直接判定根本原因。
進一步與客戶溝通，發(fā)現(xiàn)標準所表明的電源回路其實包括輸入、輸出兩部分，這與單個電源模塊進行電源輸入端的浪涌測試存在差異。客戶就是在AC-DC電源輸出端進行浪涌四級測試時，才出現(xiàn)的異常狀況。
二、試驗驗證：
按照客戶電壓方案進行AC-DC電源輸出端浪涌測試，則等同于DC-DC電源輸入端浪涌測試。因為VRB-R3系列電源裸機是不具備相應的抗浪涌能力，并且其各類耐壓只有1500VDC。雖然其沒有PE輸入端，但進行4KV的共模浪涌一定會對產(chǎn)品造成損傷，其共模干擾會直接對后端的控制板造成影響;尤其是當控制板與箱體的距離很近時，將形成干擾路徑。經(jīng)過實際模擬試驗也證實以上的干擾分析。
三、整改過程：
結合干擾三要素（干擾源、傳播路徑、被干擾對象），干擾源即為符合標準要求的共模浪涌4級，這因素是無法進行消除和改變;被干擾對象是其控制電路無法直接參與修改;因此只能通過傳播路徑進行優(yōu)化整改。
優(yōu)化措施1：在傳播路徑上進行干擾信號旁路處理
如圖1所示，若直接將Y電容更換為20D470K壓敏電阻進行鉗位，且后端DC-DC又具備一定隔離能力，客戶整體實驗結果確認OK。但此類系統(tǒng)標準規(guī)范要求AC-DC的輸出端對其PE端滿足2.5KVAC的隔離耐壓。而殘壓低的熱敏電阻無法滿足該耐壓要求，因此該優(yōu)化措施不可行。客戶需針對遙信端口打靜電，在確保耐壓測試的漏電流不超標情況下，也需要保留這Y電容。
優(yōu)化措施2：在傳播路徑上進行信號抑制處理
如下圖2所示，添加FS-A01D即為在重播路徑上進行浪涌干擾抑制，同時將DC-DC電源模塊更換為隔離耐壓3000VDC的URF-R3系列，進一步提升干擾信號的抑制能力;在AC-DC輸出的直流電壓正負直接并聯(lián)20D470壓敏電阻，避免浪涌瞬間直流電壓波動影響;同時建議客戶排查其控制板是否存在外接的線路與外殼太近，需用用膠帶固定避免安裝時貼近外殼。
圖2.優(yōu)化整改的FTU系統(tǒng)電源方案
四、總結：
1.分析方法：首先需要精準的定位問題發(fā)生的根源——因系統(tǒng)標準與單電源模塊的規(guī)范要求有差異，針對配網(wǎng)自動化的浪涌測試包括AC-DC電源輸出回路。確認問題的起因之后，才能針對問題進行理論層面的猜測和實驗確認。
2.方案優(yōu)化：舊方案問題在于初步選擇器件規(guī)格時，同樣忽略了標準的差異，使得后端DC-DC模塊隔離抑制能力不足，且未進行浪涌防護。新方案整改時，需要全面了解客戶整體系統(tǒng)的相關要求，避免將浪涌問題轉移為耐壓問題，或靜電問題。
