2023電源變換器電磁兼容風(fēng)險評估指南

電源變換器電磁兼容風(fēng)險評估指南II目次前言 II112范引文件 13語定義 1435EMC險估理型 45.1源換傳騷風(fēng)險素 46風(fēng)要影程等與風(fēng)分類 87風(fēng)評單劃分 108EMC風(fēng)評程序 109EMC風(fēng)識別 11源換的械構(gòu)EMC風(fēng)識別 11PCBEMC風(fēng)識別 1110EMC險析 1211EMC險價 1211.1風(fēng)評單的EMC風(fēng)險估計和級定 1212整機(jī)EMC險級定結(jié)果用 1213 風(fēng)險估告求 1411電源變換器電磁兼容風(fēng)險評估指南EMCEMCEMCEMCEMC風(fēng)險評價、整機(jī)EMCAC/DCAC/DCDC/DC開關(guān)DC/DCDC/ACEMCEMCGB/T4365電工術(shù)語電磁兼容GB/T4943.1-2011信息技術(shù)設(shè)備安全第1部分：通用要求GB/T6113.201-20182-1GB/T23694風(fēng)險管理術(shù)語GB/Z37150-2018電磁兼容可靠性風(fēng)險評估導(dǎo)則GB/T38659.1-20201GB/T38659.2-20212GB/T4365和GB/T38659（）3.1電磁容險 electromagneticcompatibilityrisk產(chǎn)品因設(shè)計而導(dǎo)致出現(xiàn)電磁兼容問題的概率，在測試環(huán)境下為通不過電磁兼容測試的概率。[來源：GB/T38659.1—2020，3.1]3.2電源變換器POWERCONVERTER利用電感及電容濾波配合高頻開關(guān)作用，而將直流輸入電壓轉(zhuǎn)換為不同直流輸出電壓的電路。注：或包括功率因素校正或其它功能。3.3橋式轉(zhuǎn)換器BRIDGECONVERTER22直流—直流轉(zhuǎn)換器的一種電路結(jié)構(gòu)。在功率變壓器兩端的橋式結(jié)構(gòu)中，采用兩或四只有源開關(guān)器件。3.4AC-DC變換器AC-DCCONVERTER一個把交流電轉(zhuǎn)到直流電的器件，通常是指離線變換器，當(dāng)中交流電壓被整流為直流電。3.5DC-DC轉(zhuǎn)換器DC-DCCONVERTER把直流電從一個電壓轉(zhuǎn)換到另一個電壓的電路。3.6DC-DC電源DC-DCPOWERSUPPLY供一個或多個直流輸出電壓的電源系統(tǒng)。3.7驅(qū)動器模塊DRIVERMODULE在單獨(dú)的或驅(qū)動器/倍増器模塊組合結(jié)構(gòu)中的主控模塊。驅(qū)動器模塊中含有全部控制電路。3,8

安全超低電壓SAFETYEXTRALOWVOLTAGE（SELV）人員可以觸及幷且不會引起傷害的最高電壓，該電壓的數(shù)值為30VAC或42.4VDC。3.9初級PRIMARY隔離電源的輸入部分，它接到交流電源，因此帶有危險的高電壓。3.10次級SECONDARY隔離電源的輸出部分。3.11開關(guān)率 SWITCHINGFREQUENCY在開關(guān)電源中，直流電壓接通和關(guān)斷的速度。3.12X-電容器X-CAPACITOR為短路兩導(dǎo)線間的干擾電壓而接在兩電源線間的電容器3.13Y-電容器Y-CAPACITORY-33特性，可避免過量漏電。要符合EMC要求，懷格建議采用Y-電容于所有轉(zhuǎn)換模塊。Y-電容符合IEC384-14、IEC132400及UL1283標(biāo)準(zhǔn)。3.14逆變器Inverter一種輸入為直流輸出為交流的電源.3.15PWM脈沖寬度調(diào)制PulseWidthModulation一種開關(guān)電源使用的電壓調(diào)整方法,指僅通過改變脈沖序列的寬度控制輸出。3.16風(fēng)險估值 riskassessmentvalue采用定性和定量方法等到的用來表達(dá)風(fēng)險大小的量值，通常在0-100之間。3,17共模流 common-modecurrent指定“幾何”橫截面穿過的兩根或多根導(dǎo)線上的電流矢量和。[GB/T6113.201-2018，定義3.1.14]3.18共模擾 common-modeinterference干擾電壓在信號線及其回線（一般稱為信號地線）上的共模電壓引起的電磁干擾，方向相同。注1：共模干擾電壓以附近任何一個物體（大地、金屬機(jī)箱、參考地線板等）為參考電位，其干擾電流回路則是在導(dǎo)線（信號線及其回線）與參考物體構(gòu)成的回路中流動。注2：共模干擾在信號線與參考地之間傳輸，屬于不對稱性干擾。3.19差模擾 differential-modeinterference注1：主要由空間電磁場的耦合感應(yīng)及共模干擾被不平衡電路轉(zhuǎn)換后形成，這種干擾加載于有用信號上，直接影響測量與控制的精度。注2：差模干擾在信號線及其回線之間傳輸，屬于對稱性干擾。3.25高速號 high-speedsignal/43.33脈沖寬度調(diào)制PWMpulsewidthmodulation使用具有調(diào)制的高頻開關(guān)以產(chǎn)生特定波形的一種變換器運(yùn)行（工作）技術(shù)。44EMCEMCEMCEMCEMCEMCPCBEMCEMCEMC——電源變換器的機(jī)械架構(gòu)EMC風(fēng)險評估；——電源變換器PCB的EMC風(fēng)險評估。按照目標(biāo)，EMC風(fēng)險評估可以分為EMS風(fēng)險評估和EMI風(fēng)險評估。EMCEMCEMCEMCEMCEMC19EMCEMC成功的電源變換器EMC風(fēng)險評估依賴于對被評估電源變換器產(chǎn)品設(shè)計信息的充分了解和相關(guān)風(fēng)險要素的充分理解。EMC（LISN（LI傳導(dǎo)騷擾機(jī)械架構(gòu)理想模型表示一個具有完美的無傳導(dǎo)騷擾問題的設(shè)計方案，沒有傳導(dǎo)騷擾風(fēng)險存在。理想模型是一個在架構(gòu)設(shè)計上相關(guān)風(fēng)險要素都能設(shè)計完美的方案。理想模型可參考圖1。55圖1 傳導(dǎo)擾械構(gòu)想型結(jié)合設(shè)備機(jī)械架構(gòu)對傳導(dǎo)騷擾影響特點(diǎn)，可對機(jī)械架構(gòu)中每個風(fēng)險要素對應(yīng)的設(shè)計內(nèi)容給出解釋，并可以分析其對于理想模型的實(shí)現(xiàn)度，具體見表1：表1 機(jī)械構(gòu)每風(fēng)要對應(yīng)設(shè)內(nèi)和想型的現(xiàn)風(fēng)險要素屬性風(fēng)險要素代號X風(fēng)險要素信息等級風(fēng)險類型風(fēng)險要素對應(yīng)的設(shè)計內(nèi)容描述實(shí)現(xiàn)程度描述機(jī)械架構(gòu)X31A：連接器位置（CP）Ⅲb電源輸入/輸出連接器在PCB中的相對位置可以實(shí)現(xiàn)X21B：電纜屏蔽（CS）Ⅱa電源輸入/輸出線的屏蔽一般不能實(shí)現(xiàn)X11CEMIⅠa電源輸入/輸出的濾波與防護(hù)可以實(shí)現(xiàn)X22D：電路板接地（PG）Ⅱa0V屬外殼之間的連接SELVSELV0VY容互連X23E：電路板間地互連（GCBP）Ⅱb若存在多塊電路板時，兩電路板0V之間的互連可以實(shí)現(xiàn)X24F:板間互連信號EMI處理（ISP-I）Ⅲb若存在多塊電路板時，互連連接中信號的頻率可以實(shí)現(xiàn)X41G：金屬部件搭接（MPB）Ⅳa組成外殼的金屬部件之間的搭接很難實(shí)現(xiàn)66X42H：電路板接地環(huán)路（PGL）Ⅳa電源輸入線進(jìn)入殼體后的電纜、連接器、PCB（可能有、PCB0V殼體之間的互連及產(chǎn)品金屬殼體之間所組成的回路面積；很難實(shí)現(xiàn)X32I：設(shè)備接地（EG）Ⅱa外殼的接地線很難實(shí)現(xiàn)PCBPWM0V1PCB0VZ0VPCBEMI圖2 地阻引的射同時，PCBPWMPCB（2PCB3圖3 串?dāng)_起輻射說明：圖中箭頭分別代表共模電流的路徑。圖4 寄生容起輻射PCB（，及CBPCBPCBEMIPCB串?dāng)_PCBPCBEMIPCBPCB的傳導(dǎo)騷擾理想模型是一種具有完美的傳導(dǎo)騷擾設(shè)計方案的PCB板，在這種方案下，當(dāng)共模電77PCBEMI6.1.2.1EMCPCB55EMC1PCBEMC5圖5 PCB的EMC理模型結(jié)合傳導(dǎo)騷擾與機(jī)械架構(gòu)影響的特點(diǎn)，對PCB的每個風(fēng)險要素對應(yīng)的設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行描述，并可以分析其對于理想模型的實(shí)現(xiàn)度，具體見表2：表2 產(chǎn)品理風(fēng)要代信息風(fēng)險要素屬性風(fēng)險要素代號X風(fēng)險要素信息等級風(fēng)險類型風(fēng)險要素對應(yīng)的設(shè)計內(nèi)容描述實(shí)現(xiàn)程度描述風(fēng)險要素之間的相關(guān)性描述原理圖X12J:EMI相關(guān)性“臟”信號/電路區(qū)域的處理Ⅰa板卡輸入輸出信號/電路區(qū)域的處理可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)電纜為非屏蔽電EMI試失敗X25K:噪聲信號/電路區(qū)域的處理Ⅱb時鐘信號、PWMUVW號、晶振等易產(chǎn)生電磁發(fā)射騷擾的信號或元器件的信號電路可以實(shí)現(xiàn)PWM加去耦電容芯片電源端口去耦合，周期信號濾波（降低上升沿）X43L:“干凈”信號/電路區(qū)域的處理Ⅳa輸入輸出信號、時鐘信號、PWMUVW低電平的模擬信號之外的不會產(chǎn)生明顯電磁干擾噪聲的信號可以實(shí)現(xiàn)X33M:隔離區(qū)域的處理Ⅲb隔離區(qū)域的0V地處理可以實(shí)現(xiàn)88PCB布局布線X26N:“臟”-“干凈”信號/電路的串?dāng)_防止Ⅱa板卡輸入/出信號、時鐘信號、PWM生明顯電磁干擾噪聲的信號可以實(shí)現(xiàn)X13O:“臟”-噪聲信號/電路的串?dāng)_防止Ⅰb板卡輸入/號、PWMUVW振等易產(chǎn)生電磁發(fā)射騷擾的信號或元器件的信號可以實(shí)現(xiàn)EMI（如：晶振或時鐘線）致測試失敗X44P:噪聲-“干凈”信號/電路的串?dāng)_防止Ⅳb時鐘信號、PWMUVW號、晶振等易產(chǎn)生電磁發(fā)射騷擾的信號或元器件的信號與輸入/輸出信號、PWM的信號可以實(shí)現(xiàn)此項風(fēng)險高時，相關(guān)機(jī)械架構(gòu)所有的風(fēng)險要素X34Q:特殊敏感—特殊噪聲信號/電路的串?dāng)_防止ⅢbPWM、時鐘信號與低電平的模擬信號之間可以實(shí)現(xiàn)此項主要為內(nèi)部電路的相互干擾X27R:EMI相關(guān)性地平面的處理Ⅱb信號層、電源層與地平面的位置及地平面的設(shè)計可以實(shí)現(xiàn)（PCB非金屬外殼設(shè)備時，時鐘信號線下方及PWM下方?jīng)]有地平面一定會導(dǎo)致測試失敗X35S:EMI相關(guān)性信號層與電源層邊緣處理ⅢbPCBPWM、UVW時鐘信號線等噪聲信號線的非底層邊緣布置可以實(shí)現(xiàn)（邊緣包地處理，降低與參考地中間的寄生電容）此項風(fēng)險高時，相關(guān)機(jī)械架構(gòu)所有的風(fēng)險要素參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T38659.1電源變換器的EMC理想模型中的EMC風(fēng)險要素共19個，其中機(jī)械架構(gòu)相關(guān)的個，PCB10Ⅰ級：特定條件下不能滿足時，一定會導(dǎo)致某項測試失敗，風(fēng)險系數(shù)為K1=0.4；Ⅱ級：不能滿足時，必須有其它特定的彌補(bǔ)措施才能避免測試失敗，風(fēng)險系數(shù)為K2=0.3；K3=0.2；Ⅳ級：不能滿足時，不一定會導(dǎo)致測試失敗，但影響是間接的，且影響較小，風(fēng)險系數(shù)為K4=0.1EMC值中的權(quán)重。按如下類型對風(fēng)險要素產(chǎn)生的風(fēng)險效應(yīng)進(jìn)行分類,可分為兩類：a類：那些產(chǎn)品中無該風(fēng)險要素相關(guān)信息，但認(rèn)為是最高風(fēng)險的風(fēng)險要素；b類：那些產(chǎn)品中無該風(fēng)險要素相關(guān)信息，但認(rèn)為是最低風(fēng)險的風(fēng)險要素。99如:屏蔽電纜的屏蔽搭接方式，如產(chǎn)品采用的是非屏蔽電纜，則認(rèn)為本風(fēng)險要素為最高風(fēng)險。不同PCB板之間的“0V”工作地的互連，如產(chǎn)品只有單一PCB板，則認(rèn)為本風(fēng)險要素為最低風(fēng)險。表3用來描述電源變換器各EMC風(fēng)險要素的風(fēng)險影響程度等級和風(fēng)險分類。結(jié)合風(fēng)險要素的風(fēng)險影響程度及風(fēng)險評估的公式對每個風(fēng)險點(diǎn)設(shè)定相應(yīng)的代號。表3 產(chǎn)品EMC險素級述風(fēng)險要素屬性風(fēng)險要素代號X風(fēng)險要素信息等級風(fēng)險類型EMS相關(guān)性EMI相關(guān)性風(fēng)險要素之間的相關(guān)性描述機(jī)械架構(gòu)X31A：電纜連接器在PCB中的相對位置，包含有信號線和電源線；Ⅲb√√此項風(fēng)險高時，相關(guān)風(fēng)險要素CX21B：屏蔽電纜的屏蔽搭接方式；Ⅱa√√此項風(fēng)險高時，相關(guān)風(fēng)險要素CX11CC1：PCB外部的電源和信號輸入端口的濾波和防護(hù)；Ⅰa√--電纜為非屏蔽電纜，且信號EMS測試失敗C2：PCB外部的開關(guān)型功率電路電源端口的EMI濾波；Ⅰa--√電纜為非屏蔽電纜，且當(dāng)內(nèi)部電路存在開關(guān)型功率電路時缺失該要素，一定會導(dǎo)致EMI測試失敗X22D：PCB板的“0V”工作地與金屬殼體之間的互連（存在互連時；Ⅱa√√此項風(fēng)險高時，相關(guān)PCB中所有的風(fēng)險要素X23E：不同PCB板之間的“0V”工作地的互連（通常通過結(jié)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)；Ⅱb√√此項風(fēng)險高時，相關(guān)風(fēng)險要素F和IX24FF1：產(chǎn)品內(nèi)部PCB互連信號端口的濾波和防護(hù)；Ⅱa√--此項風(fēng)險高時，相關(guān)風(fēng)險要素EF2:PCB間的互連信號Ⅱb--√X41G：殼體中各個金屬部件之間的搭接（考慮阻抗與縫隙處理）方式；Ⅳa√√此項風(fēng)險高時，相關(guān)風(fēng)險要素C、D和PCB中所有的風(fēng)險要素表3續(xù)風(fēng)險要素屬性風(fēng)險要素代號X風(fēng)險要素信息等級風(fēng)險類型EMS相關(guān)性EMI相關(guān)性風(fēng)險要素之間的相關(guān)性描述機(jī)械架構(gòu)X42H：進(jìn)入殼體后的電纜、連接器、PCB（可能有、PCB板的“0V”工作地與金屬殼體之間所組成的回路面積；Ⅳa√√此項風(fēng)險高時，相關(guān)PCB中所有的風(fēng)險要素X32I：殼體接地線；Ⅲa/b√√當(dāng)PCB中“臟”信號/電路與內(nèi)部噪聲信號/電路區(qū)域重合時，此項等級上升Ⅰ級1010原理圖X12JJ1:“臟”信號/電路-區(qū)域的抗干擾處理；Ⅰa√--此項風(fēng)險高時，相關(guān)機(jī)械架構(gòu)；處理方式為濾波與防護(hù)區(qū)域處理；EMS測試失敗J2:“臟”信號/電路-區(qū)域的EMI處理；Ⅰa--√當(dāng)電纜為非屏蔽電纜，內(nèi)部電路存在EMI路,一定會導(dǎo)致EMI測試失敗X25KK1:敏感信號/電路區(qū)域的處理Ⅱa√--濾波與防護(hù)K2:噪聲信號/電路區(qū)域的處理Ⅱb--√芯片電源端口去耦和周期信號濾波（降低上升沿）X43L:“干凈”信號/電路區(qū)域的處理Ⅳa√√X33M:隔離區(qū)域的地處理Ⅲb√√PCB布局布線X26N:“臟”-干凈區(qū)域的串?dāng)_防止Ⅱa√√X13OO1:“臟”-敏感信號/電路區(qū)域的串?dāng)_防止；Ⅰa√--敏感信號/電路與電纜發(fā)生串?dāng)_時，就是導(dǎo)致EMI測試失敗O2:“臟”-噪聲區(qū)域的串?dāng)_防止Ⅰb--√EMI信號源（如：晶振或時鐘線）與電纜發(fā)生串?dāng)_時，就是導(dǎo)致EMI測試失敗X44PP1:噪聲-“干凈”信號/電路區(qū)域的串?dāng)_防止Ⅳb--√此項風(fēng)險高時，相關(guān)機(jī)械架構(gòu)所有的風(fēng)險要素P2:“干凈”-敏感信號/電路區(qū)域的串?dāng)_防止Ⅳb√--X34Q:敏感—噪聲信號/電路區(qū)域的串?dāng)_防止Ⅲb√√此項主要為內(nèi)部電路的相互干擾X27RR1:EMS相關(guān)地平面的處理Ⅱa√-此項風(fēng)險高時，相關(guān)機(jī)械架構(gòu)所有的風(fēng)險要素非金屬外殼產(chǎn)品時，沒有地平面一定會導(dǎo)致測試失敗R2:EMI相關(guān)地平面的處理Ⅱb-√非金屬外殼產(chǎn)品時，時鐘信號線下方及PWM下方?jīng)]有地平面一定會導(dǎo)致EMI測試失敗X35SS1:EMS信號層和電源層的邊緣處理Ⅲb√--此項風(fēng)險高時，相關(guān)機(jī)械架構(gòu)所有的風(fēng)險要素S2:EMI信號層和電源層的邊緣處理Ⅲb--√此項風(fēng)險高時，相關(guān)機(jī)械架構(gòu)所有的風(fēng)險要素風(fēng)險評估單元的劃分參見GB/T38659.1-2020第8章節(jié)。EMC1111風(fēng)險評估程序參見GB/T38659.1-2020第9章節(jié)。EMCEMC機(jī)械架構(gòu)EMC風(fēng)險識別是基于GB/T38659.1EMCEMCEMC電源轉(zhuǎn)換器機(jī)械架構(gòu)EMC風(fēng)險要素需要列出關(guān)鍵信息見表4所示：表4 產(chǎn)品械構(gòu)EMC險素信表風(fēng)險要素屬性風(fēng)險要素代號X風(fēng)險要素風(fēng)險要素關(guān)鍵信息機(jī)械架構(gòu)X31A電源電纜的數(shù)量、相對物理位置、電纜類型等X21B（如果有（Pigtail）長度等X11CC1電源類型（AC或DC）、電壓等級、濾波和防護(hù)電路原理圖、元器件參數(shù)等C2EMI濾波電路和參數(shù)X22D互連的位置和方式（連接線長度、互連導(dǎo)體類型和尺寸）等X23E互連的位置和方式（連接線長度、互連導(dǎo)體類型和尺寸）等X24FF1互連信號類型、濾波和防護(hù)電路原理圖、元器參數(shù)等F2信號類型（特別關(guān)注是否有時鐘信號、PWM信號）、PWM信號頻率等X41G殼體材料、幾何尺寸、連接點(diǎn)位置和搭接方式等塑料殼體表面與產(chǎn)品中電路相關(guān)導(dǎo)體的絕緣間距X42H配合機(jī)械架構(gòu)圖給出殼體后的電纜、連接器、PCB(可能有)、PCB板的“0V”工作地與金屬殼體之間的互連及產(chǎn)品金屬殼體物理位置X32I接地線幾何尺寸、物理位置等PCBEMCPCBEMCGB/T38659.1PCB的EMCPCB在進(jìn)行EMCPCBPCB布PCB風(fēng)險評估人員首先需要對電路原理圖進(jìn)行屬性劃分，在屬性劃分的基礎(chǔ)上，列出相關(guān)具體的信息，具體列出信息應(yīng)包括PCBEMC理想模型中所涵蓋的風(fēng)險要素，并對具體采用方式加以說明。PCB的EMC風(fēng)險要素需要列出關(guān)鍵信息見表5所示：1212表5 PCB的EMC風(fēng)要關(guān)信息表風(fēng)險要素屬性風(fēng)險要素代號X風(fēng)險要素風(fēng)險要素關(guān)鍵信息電路原理圖X12JJ1是否存在電容，電容值當(dāng)電纜為非屏蔽電纜，且信號為非差分信號時，無濾波一定要導(dǎo)致EMS測試失敗J2當(dāng)電纜為非屏蔽電纜，內(nèi)部電路存在開關(guān)型功率電路時，若無EMI濾波電路,一定會導(dǎo)致EMI測試失敗EMI濾波電路形式和參數(shù)；X25KK1濾波與防護(hù)電路，電路參數(shù)K2芯片電源端口去耦和PWM周期信號濾波（降低上升沿）X43L未用輸入管腳處理X33M隔離地之間的處理，電容選型，容值。PCB布局布線X26N兩種信號線的確認(rèn)，串?dāng)_的處理方式X13OO1兩種信號線的確認(rèn)，串?dāng)_的處理方式O2兩種信號線的確認(rèn)，串?dāng)_的處理方式X44PP1兩種信號線的確認(rèn)，串?dāng)_的處理方式P2兩種信號線的確認(rèn)，串?dāng)_的處理方式X34Q兩種信號線的確認(rèn)，串?dāng)_的處理方式X27RR1是否有地平面，地平面是否完整，芯片地管腳之間的地完整性R2時鐘信號線下方及PWM下方有沒有地平面，是否連續(xù)，地層是否與信號層電源層相鄰，層間距，是否包地處理X35SS1信號層邊緣是否鋪銅，或加屏蔽地線，敏感信號/電路是否有布置在信號層邊緣S2信號層邊緣是否鋪銅，或加屏蔽地線，時鐘線，PWM等高速線是否有布置在信號層邊緣EMC風(fēng)險分析電源變換器EMC風(fēng)險分析是對產(chǎn)品中的每個EMC風(fēng)險要素相對于理想模型的偏離度，賦予其一定的風(fēng)險評估值。本標(biāo)準(zhǔn)采用的適用于電源變換器EMC風(fēng)險分析的方法是定性和定量結(jié)合的方法，設(shè)計者可以得到的每個風(fēng)險要素的風(fēng)險等級為“極高”、“高”、“中”、“低”、“極低”5類，同時，為了利用風(fēng)險指數(shù)法，EMC風(fēng)險評估專家或評估團(tuán)隊還需要對每個風(fēng)險要素得出