電源-電磁兼容濾波器設(shè)計(jì)完全剖析

濾波器設(shè)計(jì).tw/serial/2002-4-193/m19216html供應(yīng)設(shè)備，因而導(dǎo)致電路間互相干擾之問題。其中尤以電磁干擾（ElectromagneticInterference,EMI）及噪聲（Noise）的問1970年代早期，半導(dǎo)體裝置及電力電子技術(shù)開始蓬勃發(fā)展，導(dǎo)致電源供應(yīng)器由傳統(tǒng)的線性系統(tǒng)急遽轉(zhuǎn)變?yōu)榍袚Q式電源供加裝一個(gè)輸入電磁干擾濾波器。本文中將提出一濾波器之設(shè)計(jì)方法，此一方法可有效降低電源供應(yīng)設(shè)備之EMI干擾。號(hào)可能會(huì)造成可觀的干擾，則稱之為電磁干擾（ElectromagneticInterference）。由于切換式轉(zhuǎn)換器電壓及電流的瞬間快速變現(xiàn)誤差動(dòng)作。一般而言，任何流經(jīng)電源線（Line）與中性線（Neutral）的噪聲電流均可分為共模（CommonMode）成分與差模（DifferenceMode）成分。其中共模噪聲電流是指以相同振幅及相位的形式流經(jīng)L、接地（Ground）N、G的噪聲電流，因此亦可稱為非對(duì)稱型式的噪聲電流（Asymmetrical-modenoisecurrent）。而差模噪聲電流是指以相同振幅但相位相差180度的形式流經(jīng)L、N而不經(jīng)接地線的噪聲電流，因此亦可稱為對(duì)稱型式的噪聲電流（Symmetrical-modenoisecurrent）。ON/OFF反復(fù)變化，將輸入電壓經(jīng)過整流濾波后所得到之直流電壓以一定的止動(dòng)作來控制輸出電壓的大小，在固定的切換頻率（fs=1/Ts=1/(ton+toff)）下，輸出電壓的平均值可藉由ton和toff的大小來VCVst經(jīng)由比較器而產(chǎn)生，控制電壓VC為誤差放大10KHz～200KHzVCVstVCVst時(shí)，并與VREFUFN833，藉由晶體管ON、OFF使變壓器一次側(cè)電壓產(chǎn)生正值由于并聯(lián)的關(guān)系變成兩倍，其等效電路簡化流程如圖5所示。流程如圖6所示。A 利用量得的噪聲大小來計(jì)算其所需的衰減量VATT=VACT-Vlimit(dB)（1）Vlimit：之限制B‧差模濾波組利用所求得的轉(zhuǎn)折頻率及下列式子，可求得共模電感（Lc）在此t1秒。利用IsSpice電路仿真軟件之仿真功能來輔助設(shè)計(jì)。表1及表2分別為本文所使用的驅(qū)動(dòng)器及兩種不同馬達(dá)規(guī)格，圖7為量測(cè)噪聲時(shí)之相關(guān)器材接線圖。本文所采用的為工業(yè)界、科學(xué)界及醫(yī)療領(lǐng)域所采用的EN55011（Group2，ClassA）。在圖8中最上方的兩條曲線分別為EN55011之標(biāo)準(zhǔn)值，上面一條為準(zhǔn)峰值（QuasiPeak）限定值曲線，下面一條則為平均值（AverageVaule）限定值曲線。假設(shè)相符。圖11為驅(qū)動(dòng)器加上馬達(dá)A后之噪聲圖。VATT＝82.1- 由于EN55011中的限制只考慮到150KHz～30MHz的地方，且最大噪聲通常會(huì)產(chǎn)生在以載波頻率為倍數(shù)的地方。因此我們假設(shè)濾波器之轉(zhuǎn)折頻率設(shè)定在150KHz之前的載波頻率倍數(shù)上，在本設(shè)計(jì)方法中，可假設(shè)其最大噪聲是出現(xiàn)在20x7＝140KHz的地方，則其轉(zhuǎn)折頻率fR可由式（2）計(jì)算得到250V為電容之耐電壓。為了參考實(shí)際值，我們?nèi)電容為CY=22nF，而共模電感（Lc）的值可由式（4）的衰減量為17dB，這與我們實(shí)際上所需要的衰減量相近。將所求得的差模電感值代入式（5）可求得X容的值所影響，因此，實(shí)際上差模等效電路能夠有效抑制差模噪聲是從66.8KHz處開始的。所以取泄放電阻的值為100K?。根據(jù)以上所求得的濾波器組件值，我們可以得到完整的濾波器架構(gòu)，如圖14(a)所示，而圖為A14(b)的仿真結(jié)果中可以看出其與共模電路的仿真結(jié)果非常接近，這符合我們當(dāng)初以共模結(jié)構(gòu)為主要設(shè)計(jì)部分的假設(shè)，15為待測(cè)物A加上A濾波器后的量測(cè)結(jié)果。圖16A濾波器A之接線圖。由圖15可以清楚的看到噪聲得到17為濾波器加上馬達(dá)B后之噪聲圖形。由圖中可以看出其最大噪聲為74dBμV，根據(jù)之前的設(shè)計(jì)步驟可以得到B濾波器的fR＝88.33KHzLc=0.5mH，YCY=22nF，其中用來代替差模電感的共模電感之漏感量Lleakage=1μH，X電容Cx=3.2μF，泄放電阻R=150K?，圖18(a)及圖18(b)分別為B濾波器之共模等效電路及仿真結(jié)果。圖19(a)及圖19(b)分別為B濾波器的差模等效電路及仿真結(jié)果。圖20(a)及圖20(b)分別為B濾波器的完整電路架構(gòu)及仿真結(jié)果。圖21為待測(cè)物B加上濾波器B后的噪聲量測(cè)結(jié)果。圖22B濾波器與待測(cè)物B之接線圖。AB（約6Mz～0Mz之間5z～1Mz之1Mz過標(biāo)準(zhǔn)，亦可大幅減少在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)所花費(fèi)的時(shí)間及金錢。探討噪聲原因預(yù)測(cè)產(chǎn)生地點(diǎn)‧Laszlo.Tihanyi,“ElectromagneticCompatibilityinPowerElectronics,”Butterworth-Heinemann.JordanHill,OxfordUnitedKingdom,1995.‧P.F.Okyere,L.Heinemann,“Computer-AidedysisandReduationofConductedEMIinSwitched-ModePowerConverter,”AppliedPowerElectronicsConferenceandExposition,1988.APEC98ConferenceProceedings1998,ThirteenthAnnual.‧T.Guo,D.y.Chen,andF.C.Lee,"Separationofcommon-modeand