在电子设备的运行中，AC220V 交流电是常见的电源输入形式。而开关电源的 EMC（电磁兼容）设计对于设备的稳定运行至关重要。本文将详细介绍一种 AC220V 开关电源的 EMC 设计方案，同时包含 2KV 防雷滤波设计。
交流电源接口通过与电网相连，为电气设备提供电能。然而，在产品工作过程中，会产生各种干扰，如电源变换电路、高频变压器、数字电路等产生的干扰。这些干扰不仅会通过电源接口形成对电网的传导干扰，还会对空间产生辐射干扰。此外，当电网上有大功率感性负载通断或电网遭受雷击时，电源接口会产生瞬态的脉冲干扰和浪涌干扰。如果电源接口不进行防护滤波设计，这些干扰很容易影响产品的正常工作，严重时雷电干扰甚至会损坏设备。因此，交流电源接口的电磁兼容设计是确保设备稳定运行的关键。
本方案从 EMC 原理出发，进行了相关的抑制干扰和抗敏感度设计，同时兼容接口防雷设计。其防雷电路设计可通过 IEC61000 - 4 - 5 标准，共模 2000V，差摸 1000V 的接口防雷测试。
- 电路滤波设计要点
- 级滤波电路由 L1、C1、C3、C4 组成。其中，C1 作为差模滤波电容，主要用于滤除差模干扰；C3、C4 为共模滤波电容，为共模干扰提供低阻抗回路；L1 是共模，对共模干扰进行抑制。
- 第二级滤波电路由 L2、C2、C5、C6 组成。C2 同样是差模滤波电容，负责滤除差模干扰；C5、C6 为共模滤波电容，为共模干扰提供低阻抗回路；L2 为共模滤波电感，抑制共模干扰。如果产品功率大、干扰强，单级滤波插入损耗有限，在设计前期就需要考虑多级滤波。
- C19 是整流桥的高频滤波电容，通常采用小电容，主要为整流桥的高频谐波电流提供回流路径。C20 是变压器的高频滤波电容，一般也采用小电容，为变压器的高频谐波电流提供回流路径。
- C15 和 R13 组成续流管上的削尖峰电路，C15 电容典型取值为 1000pF，R13 电阻典型取值为 10Ω。C12 和 R12 组成 PWM 控制线上的滤波电路，C12 电容典型取值为 47pF，R12 电阻典型取值为 10Ω，其值可根据后续测试情况进行调整。
- L4 和 C8 组成输出端滤波电路，主要对输出端口进行共模和差模滤波。各种功能地通过电容连接，电容典型取值为 1000pF，同样可根据后续测试情况进行调整。
- 电路防护设计要点
- RV1、RV2、RV3、GDT1 组成级防护电路，其中 RV1 进行差模防护，RV2、RV3、GDT1 进行共模防护。需要注意的是，RV2、RV3、GDT1 防护器件可能会导致绝缘耐压试验不能通过，当接口需要考虑绝缘耐压试验时，建议去掉这三个元器件。
- 特殊要求
- 电路中所有的电容都应符合安规要求。差模电容应选取额定电压 250V 以上的 X 电容，共模电容应选取额定电压 250V 的 Y 电容。
- 由于压敏电阻失效模式为短路，可能会造成大电流，所以需要增加 F1，并且保险丝 F1 的位置要靠近接口放置。
- 器件选型要点
- 交流电源接口电路中的 Y 电容（C3、C4 和 C5、C6）容值选取范围为 100pF ~ 4700pF，典型值选取 2200pF。
- 交流电源接口电路中的 X 电容（C1 和 C2）容值选举范围为 0.1μF ~ 2.0μF，级中的 X 电容 C1 典型值选取 0.33μF，第二级滤波中的 X 电容 C2 典型值选取 1.0μF。
- L1、L2、L4 为，共模电感感值范围为 100μH ~ 30mH，典型值选取 15mH。
- 输出端的滤波电容 C8 取值范围为 100PF ~ 0.1uF，典型取值为 10nF。
- RV1、RV2、RV3 压敏电阻选择压敏电压范围 466V ~ 616V，典型值选取 550V，压敏电阻 RV1 的通流量（10 次冲击）选择大于等于 167A，压敏电阻 RV2、RV3 的通流量（10 次冲击）选择大于等于 167A。
- GDT1 气体放电管选择直流击穿电压为 466V ~ 616V，典型值选取 550V，通流量选择大于等于 167A。
通过以上详细的设计方案和器件选型要点，可以有效提高 AC220V 开关电源的电磁兼容性，保障设备的稳定运行。
