换式电源供应器传导性电磁干扰之分析与抑制VIP免费

2008海峽兩岸三地無線電科技研討會，台北亞東技術學院437切換式電源供應器傳導性電磁干擾之分析與抑制盧裕溢，陳時聖，葉中雄明新科技大學電機研究所摘要目前市面上抑制傳導性電磁干擾的方法，以使用濾波器最為常見，而在濾波器的設計上大都以透過嘗試錯誤和設計者的經驗為主。本研究主要以切換式電源供應器作為待測物來設計EMI濾波器，待測物在FCCPart15ClassBConducted法規規範測試下，最高超過法規28dB，適當地透過設計EMI濾波器，能有效的改善傳導性電磁干擾。本研究利用功率分離器將共模雜訊和差模雜訊從電磁雜訊中分離，再使用Excel算出最小轉折頻率，依此轉折頻率之數據設計出EMI濾波器。使用者可根據成本及尺寸上的考量選擇不同之電容與電感來製作EMI濾波器。本研究利用轉折頻率設計出幾組EMI濾波器，並可有效的降低傳導性電磁干擾，且符合法規FCCPart15ClassBConducted之規範。關鍵詞：傳導性電磁干擾、EMI濾波器。壹、前言科技日新月異，多數電子電機相關科技產業皆以迅速的腳步發展，且朝向體積小、省電、功能整合、潔淨能源等方向邁進。在這些產品進步的同時，電磁干擾(Electromagneticinterference，EMI)問題開始浮現。現今電機電子相關產品，以低功率的方式驅動，但會造成產品容易受到內部或外在電磁雜訊的影響，使其輸出功能不正常，或是壽命因此減短。所以幾乎所有的電子電機產品在上市之前，都要通過電磁干擾的測試。電磁干擾分成傳導性的電磁干擾與輻射性的電磁干擾兩個部份，其中傳導性電磁干擾是透過導線或電纜等傳輸路徑傳遞干擾雜訊，因此如果在同一電源網路中的某一電子電機產品含有傳導性電磁干擾，其他在此電源網路中的產品也會受到其影響。輻射性電磁干擾屬於頻率較高的電磁干擾，其方式是透過空氣將電磁干擾利用輻射的方式散佈出去，只要在其輻射範圍內的電子電機產品皆有可能會受其影響。近年來各國逐漸重視電磁干擾的議題，許多國家紛紛訂定有關電磁相容測試之規定，目的是為了規範電子電機產品的電磁干擾，以避免影響或造成其他產品的損害。本研究以切換式電源供應器[1][2]為待測物，設計EMI濾波器來降低傳導性電磁干擾，並降低切換式電源供應器之電磁干擾，以符合法規FCCPart15ClassBConducted之規範。貳、測試架構及原理傳導性的電磁干擾主要的測試範圍在30MHz以下，屬於頻段較低的電磁干擾。測量傳導性電磁干擾必須要用傳導性的測試架構[3]測量，圖一為測量傳導性電磁干擾時的測試架構圖。進行傳導性電磁干擾的實驗設備有電源阻抗穩定網路(LineImpedanceStabilizationNetwork，LISN)、暫態限制器，EMC頻譜分析儀等。其中暫態限制器置於電源阻抗穩定網路與EMC頻譜分析儀之中，在量測過程中透過暫態限制器可避免待測物在切換電源開關的瞬間所產生的突波對EMC頻譜分析儀造成傷害，其內部結構含有衰減器、高通濾波器與限制器。2008海峽兩岸三地無線電科技研討會，台北亞東技術學院438圖一傳導性電磁干擾之測試架構因傳導性電磁干擾是利用傳輸導線或電纜等路徑將雜訊傳遞並進而影響到其他正在使用中之電器設備，所以在量測傳導性電磁干擾時，必須將市電本身的雜訊過濾，以避免在量測傳導性電磁干擾時掺有市電雜訊造成待測物量測的誤差。因此必須在量測傳導性電磁干擾的架構中，裝置電源阻抗穩定網路，將市電雜訊隔離，使進入待測物(EUT)之電源為一乾淨的電源，並提供50Ω的阻抗與EMC分析儀達到阻抗匹配的功效。圖二為電源阻抗穩定網路的內部線路結構。圖二電源阻抗穩定網路內部線路結構一般典型的電源阻抗穩定網路的內部結構含有四個電容兩個電感以及兩個電阻，當進入電源阻抗穩定網路的電源訊號為低頻訊號時，電感如同短路狀態，電容如同開路狀態，所以透過50uH的電感與1uF的電容所組成的濾波結構，可將市電電源的高頻訊號過濾，使低頻訊號通過。如果進入電源阻抗穩定網路的電源訊號為高頻訊號時，電感呈現開路，電容呈現短路，如此狀態可將待測物所產生的雜訊經由呈現短路狀態的0.1uF電容傳至EMC頻譜分析儀。電源阻抗穩定抗網路不僅能夠過濾市電中的高頻訊號，也能防範待測物的雜訊流入市電中。傳導性電磁干擾可分為共模雜訊(commonmode)和差模雜訊(...