電源-電磁兼容濾波器設計完全剖析

濾波器設計.tw/serial/2002-4-193/m19216html供應設備，因而導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，半導體裝置及電力電子技術開始蓬勃發(fā)展，導致電源供應器由傳統(tǒng)的線性系統(tǒng)急遽轉(zhuǎn)變?yōu)榍袚Q式電源供加裝一個輸入電磁干擾濾波器。本文中將提出一濾波器之設計方法，此一方法可有效降低電源供應設備之EMI干擾。號可能會造成可觀的干擾，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，因此亦可稱為對稱型式的噪聲電流（Symmetrical-modenoisecurrent）。ON/OFF反復變化，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，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計。表1及表2分別為本文所使用的驅(qū)動器及兩種不同馬達規(guī)格，圖7為量測噪聲時之相關器材接線圖。本文所采用的為工業(yè)界、科學界及醫(yī)療領域所采用的EN55011（Group2，ClassA）。在圖8中最上方的兩條曲線分別為EN55011之標準值，上面一條為準峰值（QuasiPeak）限定值曲線，下面一條則為平均值（AverageVaule）限定值曲線。假設相符。圖11為驅(qū)動器加上馬達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，且最大噪聲通常會產(chǎn)生在以載波頻率為倍數(shù)的地方。因此我們假設濾波器之轉(zhuǎn)折頻率設定在150KHz之前的載波頻率倍數(shù)上，在本設計方法中，可假設其最大噪聲是出現(xiàn)在20x7＝140KHz的地方，則其轉(zhuǎn)折頻率fR可由式（2）計算得到250V為電容之耐電壓。為了參考實際值，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，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，這符合我們當初以共模結(jié)構為主要設計部分的假設，15為待測物A加上A濾波器后的量測結(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)之前的設計步驟可以得到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及仿真結(jié)果。圖21為待測物B加上濾波器B后的噪聲量測結(jié)果。圖22B濾波器與待測物B之接線圖。AB（約6Mz～0Mz之間5z～1Mz之1Mz過標準，亦可大幅減少在設計濾波器時所花費的時間及金錢。探討噪聲原因預測產(chǎn)生地點‧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