如何实现EMC要求合规性

尽管作为离散单元，电源通常能够遵守有关电磁干扰 （EMI） 的相关法规，但必须在完整系统的范围内验证合规性。如果购买的 AC-DC 电源单元 （PSU） 需要集成到系统设计中，则意味着所涉及的工程团队必须自己处理 EMI 方面，从而导致应对众多挑战。本文将着眼于需要解决的问题以及如何最大程度地减少工作量。

根据最终产品的目标市场，工程师需要了解某些 EMI 标准。在美国，有 FCC 第 15 部分 A 类和 B 类标准，而全球将适用 IEC 的 CISPR 32 A 类和 B 类标准。尽管应该理解这些标准并不完全相同，但它们仍然相当接近。因此，只要满足其中之一的合理程度的容忍度，它也将能够遵守另一个。

对于这两个标准，A 类与商业、工业或商业环境中使用的设备有关。相反，B 类处理住宅用途。后者具有更大的严格性，因为假设设备在受控较少的环境中运行，发生交叉干扰的可能性更大。

在生产时，PSU 制造商通常会确保他们的设备符合刚刚描述的 EMC 标准之一。不过，这是对它们进行单独测试的时候，而不是与它们最终将在其中使用的系统一起进行测试。由于法定电磁合规 （EMC） 认证适用于整个系统，因此 PSU 产生的噪声必须添加到数据线、时钟等发出的噪声中。然后，总数需要低于标准认为可接受的数字。

当只涉及一个 PSU 时，系统很有可能达到必要的 EMC 合规性。因此，工程师可以避免将外部滤波纳入其设计的相关困难。正如我们将看到的，一旦必须考虑多个 PSU，事情就会变得更加复杂。

作为模块安装在系统中的 AC-DC 通常具有与机箱电源连接器或进行 EMI 测量的飞线的有线连接。这意味着此布线可能会受到影响，这可能会增加未满足 EMC 合规性的风险。如果 AC-DC 模块的 EMC 合规性有合理的余量，那么系统应该能够获得认证，只要注意接地和电缆布线。

图 1 EMI 拾取通常出现在电缆上。资料来源：崔公司。

单个外部过滤器

然而，指定带有内部滤波器的 AC-DC 可能不是最好的方法有几个原因。例如，如果仅使用内部滤波器无法实现完全的 EMC 合规性，则可能仍需要在设计中添加外部滤波器。这不仅会增加组件的总成本，还会占用额外的工程资源。额外滤波带来的欧姆损耗肯定会对整体系统效率产生影响。此外，在某些情况下，内部和外部滤波器可能会相互影响，从而在某些频率上引起共振，从而增加 EMI 水平。

与这种过度设计和低效的安排相比，使用单个外部过滤器可以证明是一个更好的解决方案。这样的过滤器将位于 AC 入口附近，并与实际系统负载更好地匹配。内部滤波器的规格往往可以处理输出负载和温度水平方面的最坏情况。但是，它们所针对的实际应用可能没有这些严格的要求。因此，如果在合并 PSU 或 PSU 之后采购外部过滤器并将其添加到系统中，这可能会显着降低成本，并且尺寸也更小。从工程和商业角度来看，这两者都是有利的。

在将多个 PSU 置于 N+n 配置中的设计中，其中至少有一个连续闲置，因此可以使用一个外部通用滤波器，其额定值仅适用于任何一次供电的实际 PSU 数量。每个 PSU 都不需要内部过滤器，并且可以显着降低材料清单 （BOM） 成本。

图 2多个 PSU 上的单独过滤（左）与使用单个过滤器的更简化的方法（右）相比。资料来源：崔公司。

最优过滤策略

当系统具有多个 PSU 时，可能会出现其他问题。附加效应意味着所观察到的 EMI 特性更加复杂，因此需要进行外部滤波。这将导致所涉及的所有不同过滤器之间发生交互的可能性，尤其是在特定时间未加载的过滤器。每个滤波器的漏地电流对系统整体效率的影响需要认真考虑。

在 PSU 方面，CUI 可以为设计工程师提供多种前瞻性选择，从而可以处理不同的用例场景。根据应用环境的要求，解决方案可以包含或不包含 EMI 滤波器。以PSK-15W 系列PSU 为例。这些符合 CISPR 32 B 类限制，作为带有内部过滤的 PCB 模块。它们具有 II 类安全等级——包括额外的绝缘——具有非常低的泄漏电流，因此不会影响系统的运行参数。

另一个例子是额定功率为 15W 的VOF-15B 系列。该系列中包含的 AC-DC 单元包含滤波功能，从而使它们能够满足 B 类 EMC 要求。由于这些是开放式 PSU，具有固有的低 EMI 水平，因此所需的滤波水平非常适中。这意味着需要最少的额外费用。

为了进一步降低总体成本，PBO-15C 系列PSU 不包括内部过滤。相反，这些 15-W 输出单元依赖于系统滤波器的支持，在许多情况下，无论如何都需要存在该滤波器。同样，保持低电流泄漏。

尽管确保满足 EMC 要求至关重要，但这可以通过几种不同的方式来实现。根据标准，最佳过滤策略可以采取完全不同的形式。通过考虑最佳应用过滤的位置，可以避免与认证相关的大部分工程工作，同时降低 BOM 成本并避免交互以及电流泄漏问题。

Ron Stull 是 CUI Inc. 的电力系统工程师。