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开关电源EMI滤波器的正确选择与使用(2)

开关电源EMI滤波器的正确选择与使用(2)

3 耐压、泄漏电流与安全
3.1 耐压与安全
  由于EMI滤波器安装在AC电网的输入端,所以除了承受开关电源(滤波器的负载)产生的尖峰脉冲干扰电压外,还要承受来自电网的浪涌电压(电流),特别是浪涌电压,其持续时间长(ms级),能量大(2000伏浪涌电压是经常出现的)。这些干扰电压由滤波器的Cx、Cy承受。因此,要求使用专为EMI滤波器设计的Cx、Cy。目前,据了解,因内尚没有这类电容器生产厂家。
  电容Cx或Cy被浪涌电压击穿产生的后果,是Cx被击穿短路,相当于AC电网被短路,至少造成设备停止工作;Cy击穿短路,相当于将AC电网的电压加到设备的外壳,它直接威胁人身安全的同时,波及所有与金属外壳为参考地的电路安全,往往导致某些电路的烧毁。
  国际上,耐压的安全规范各主要工业国家有所区别,表1供参考。表1 耐压安全规范
国家和测
试机构

测试标准

高压测试

R-绝缘
KV(1Min.)

Hz

P.N→E
P→N

106Ω

V(1 Min.)
德国

VDE
0565.1
0565.2
0565.3

4,3 · Vn
1.5

0
50

P→N
P.N→E

1500
2000

100
100
瑞士

SEV
1055.1978

4,3 · Vn
2·Un+1,5

0
50

P→N
P.N→E

6000

100
瑞典

4432901

4,3 · Vn
2·Un+1,5

0
50

P→N
P.N→E

6000

100
英国

BS 613
BS 2135

4,3 · Vn
1.5
2.25

0
50
0

P→N
P.N→E

20

100
加拿大

CSA
C 22.2
No.8-M1982

(2Vn+0.5)1,4/4
≥1,414
2Vn+1

0
60

P→N
P.N→E

6000/N
N=number
Cond.11

100
美国

UL 1283

1,0
1,414
1,0
1,414

60
0
60
0

P→N
P.N→E

2
-

250
-
举例说明:
德国 VDE0565.2  高压测试(AC)P,N→E 1.5KV/50Hz       1分钟
瑞士 SEV1055 高压测试(AC)P,N→E 2·Un+1.5KV/50Hz  1分钟  
如最大工作电压Un=250V(AC),则2·Un+1.5KV=2KV
美国 UL1283  高压测试(AC)P,N→E 1KV/60Hz      1分钟
   可见,共模电容Cy的耐压测试条件(瑞士)SEV1055比(美)UL1283高出一倍。
德国 VDE0565.1 高压测试(DC)P→N 4.5VnKV       1分钟
   如最大工作电压Vn=250V(DC)则
   4.3·Vn=4.3×0.250×2根号2=3.040KV             1分钟
瑞士 SEV1055  高压测试(DC) P→N 4.3VnKV   1分钟
美国 UL1283   高压测试(DC) P→N 1.414KV    1分钟
  可见,差电模电容Cx的耐压测试条件,瑞士也比美国高出一倍左右。
  这里要说明的是
  a. P→N耐压测试采用直流电压的原因是因为Cx容量较大。如采用交流测试,则耐压测试仪要求电流容量大,造成成本高,体积大。采用直流电压测试就不存在这种问题。但要将交流工作电压换成等效的直流工作电压。如最大交流工作电压250V(AC)=250×2根号2=7
07V(DC)直流工作电压。所示UL1283安全规范1414V(DC)=2·Vn。
  b. 国际著名滤波器专业厂说明书中耐压测试条件
美国  Corcom公司  P,N→E 2250V(DC)       1分钟
           P→N 1450V(DC)         1分钟
瑞士  Schaffner公司P,N→E 2KV(AC)          1分钟
            P→N 不测               1分钟
  国内滤波器专业厂一般参考德国VDE安规或参考美国UL安规。
3.2 泄漏电流与安全
  任何典型滤波器电路的共模电容Cy都有一端接金属机壳。从分压角度看,滤波器金属外壳都带有1/2额定工作电压,如工作220V(AC),那么外壳带有110V(AC)电压。因此,从安全角度出发,滤波器通过Cy到地端的泄漏电流要尽可能的小,否则将危及人身安全。图12描述了一路泄漏电流通过人体构成大地回路的情况(图12中E表示滤波器的接地点,FG表示机架的接地点)。对地电容应为C1和杂散电容之和。实际上,通过人体的泄漏电流是两路,所以滤波器泄漏电流应为一路泄漏电流的两倍。设备中使用的滤波器愈多,泄漏电流也愈大。因此,千万要加以注意。

图12 泄漏电流通过人体示意图
同样,国际上泄漏电流的安全规范,各主要工业国家也有所区别,表2供参考。
表2  泄漏电流的安全规范
国家

安规名称

对于一级绝缘的设备,泄漏电流的极限值
美国

UL478
UL1283

5mA,120V,60Hz;    0.5~3.5mA,120V,60Hz
加拿大

C22.2 No.1

5mA,120V,60Hz
瑞士

SEV 1054-1
IEC 335-1

0.75mA,250V,50Hz
德国

VDE 0804

3.5mA,250V,50Hz
这里要说明的是:
a. 泄漏电流直接和电网电压、电网频率成正比。因此,对于400Hz电网频率要特别注意,否则在相同电网电压的情况下,同一滤波器的泄漏电流要增加8倍(对于50Hz),很可能不符合安规要求。
b. 在检验滤波器泄漏电流时,一定要采用符合国际规范的测量电路(如图13所示)。测量时,滤波器金属外壳不能接地,一定要悬浮。
c. 三相滤波器的泄漏电流应是各相泄漏电流之和。
图13 国际规范的泄漏电流测量电路
4 正确安装方法
  a. 为了滤波器的安全可靠工作(散热和滤波效果),除滤波器一定要安装在设备的机架或机壳上外,滤波器的接地点应和设备机壳的接地点取得一致,并尽量缩短滤波器的接地线。
  若接地点不在一处,那么滤波器的泄漏电流和噪声电流在流经两接地点的途径时,会将噪声引入设备内的其他部分。
  其次,滤波器的接地线会引入感抗,它能导致滤波器高频衰减特性的变坏。所以,金属外壳的滤波器要直接和设备机壳连接。如外壳喷过漆,则必须刮去漆皮;若金属外壳的滤波器不能直接接地或使用塑封外壳滤波器时,它与设备机壳的接地线应可能的短。
(a)不正确的安装方法
(b)正确的安装方法
图14 滤波器的安装方法
b. 滤波器要安装在设备电源线输入端,连线要尽量短;设备内部电源要安装在滤波器的输出端。若滤波器在设备内的输入线长了,在高频端输入线就会将引入的传导干扰耦合给其他部分(参见图15)。若设备内部电源安装在滤波器的输入端,由于连线过长,也会导致同样的结果。
  c. 确保滤波器输入线和输出线分离
  若滤波器输入、输入线捆扎在一起或相互安装过近,那么由于它们之间的耦合,可能使滤波器的高频衰减降低。若输入、输出线必须接近,那么都必须采用双绞线或屏蔽线。
  d. 要将噪声滤波器正确地连接到设备内部的每一单元。
  若带有单独电源的若干单元安装在一个机壳内,那么必须把每一个单元视为设备的独立部分。每一单元必须连接各自的噪声滤波器,否则在机壳内,这些单元中的每一单元的噪声都会传导给其他单元
继承事业,薪火相传
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