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開關(guān)電源的電磁干擾防制技術(shù)——傳導(dǎo)篇

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:994次  |  2020年05月19日  

1前言


電源產(chǎn)品在做驗(yàn)證時(shí),經(jīng)常會(huì)遭遇到電磁干擾(EMI)的問題,有時(shí)處理起來需花費(fèi)非常多的時(shí)間,許多工程師在對(duì)策電磁干擾時(shí)也是相關(guān)經(jīng)驗(yàn)重于理論,了解哪個(gè)頻段要對(duì)策那些組件,但關(guān)于理論上的分析卻很欠缺。筆者從事開關(guān)電源設(shè)計(jì)多年,希望能藉由之前對(duì)策的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)理論基礎(chǔ)做個(gè)整理,讓目前正從事或未來想從事開關(guān)電源設(shè)計(jì)的人員對(duì)電磁干擾防制技術(shù)能有初步的認(rèn)識(shí)。


開關(guān)電源的電磁干擾測(cè)試可分為傳導(dǎo)測(cè)試與輻射測(cè)試,一般開關(guān)電源的傳導(dǎo)測(cè)試頻段是指150K~30MHz之間,而輻射干擾的頻段是指30M~300MHz,300MHz之后的頻段一般皆不是電源所出現(xiàn),因此大都可以給予忽略。


下面內(nèi)容章節(jié)包括開關(guān)電源的傳導(dǎo)測(cè)試法規(guī),測(cè)試與量測(cè)方式,基本概念,抑制傳導(dǎo)干擾的濾波器設(shè)計(jì),布線與變壓器設(shè)計(jì)等章節(jié)。


2傳導(dǎo)測(cè)試的法規(guī)


傳導(dǎo)的法規(guī)因產(chǎn)品別的不同,其所適用之條文亦不同,一般是使用歐洲的EN-55022或是美國的FCCpart15來含義其限制線,又可以區(qū)分為CLASSA與CLASSB兩種標(biāo)準(zhǔn),CLASSA為產(chǎn)品在商業(yè)與工業(yè)區(qū)域使用,CLASSB為產(chǎn)品在住宅及家庭區(qū)域使用,筆者所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品為3C的家用電源,傳導(dǎo)測(cè)試頻段為150K~30MHz,在產(chǎn)品測(cè)試前請(qǐng)先確認(rèn)申請(qǐng)的安規(guī)為何,不同的安規(guī)與等級(jí)會(huì)有不同的標(biāo)準(zhǔn)線。


圖1舉例為EN-55022CLASSB的限制線圖,紅色線為準(zhǔn)峰值(Qp,Quasi-peak)的限制線,粉紅色為平均值(AV,Average)的限制線,傳導(dǎo)測(cè)試最終的目地,就是測(cè)試的機(jī)臺(tái)可以完全的低于其限制線,不論是Qp值或AV值;一般在申請(qǐng)安規(guī)時(shí),雖然只有在限制線下方即可申請(qǐng),但多數(shù)都會(huì)做到低于2dB的誤差以預(yù)防測(cè)試場地不同所導(dǎo)致的差異,而客戶端有時(shí)會(huì)要求必需低于4~6dB來預(yù)防產(chǎn)品大量生產(chǎn)后所出現(xiàn)的誤差。


圖1


圖2


圖2為一量測(cè)后的例子,一般量測(cè)時(shí)都會(huì)先用峰值量測(cè),因峰值量測(cè)是最簡單且快速的方法,量測(cè)儀器以9KHz為一單位,在150K~30MHz之間用保持最大值(maximumhold)的方式來得到傳導(dǎo)的峰值讀值,用此來確認(rèn)電源的最大峰值然后再依此去抓最高峰值的實(shí)際Qp,AV值來減少掃描時(shí)間,圖2的藍(lán)色曲線為準(zhǔn)峰值的峰值量測(cè)結(jié)果,一般在峰值量測(cè)完后會(huì)再對(duì)較高的6個(gè)頻率點(diǎn)做準(zhǔn)峰值(Qp)與平均值(AV)的量測(cè),就如同圖2所標(biāo)示。


峰值與準(zhǔn)峰值的差別在于:峰值量測(cè)是不論時(shí)常出現(xiàn)或是偶爾出現(xiàn)的信號(hào)皆被以最大值的方式置在接收器的讀值中,而準(zhǔn)峰值量測(cè)是指在一時(shí)間內(nèi)取數(shù)次此頻段的脈沖信號(hào),若某頻率的信號(hào)在一段時(shí)間內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)率較高,才會(huì)得到較高之量測(cè)值;平均值則是對(duì)此頻段的振幅取平均值,典型的頻譜分析儀可將帶寬設(shè)定在30Hz左右來得到最真實(shí)的平均信號(hào)。


Qp與AV相較于峰值,其偵測(cè)值必然較低,若一開始的峰值量測(cè)已有足夠的余度則不用再做單點(diǎn)的Qp和AV量測(cè)。


現(xiàn)在的IC為了EMI傳導(dǎo)的防制,在操作頻率上都會(huì)做抖頻的功能,像是IC主頻為65KHz,但在操作時(shí)會(huì)以65KHz正負(fù)6K做變化,藉此來將差模倍頻的信號(hào)打散,不會(huì)集中在單一根頻率上,假如沒有抖頻功能,差模干擾在主頻的倍頻時(shí)會(huì)呈現(xiàn)單根很扎實(shí)的Qp與AV,如同圖2的157KHz,儀器看到的峰值滿高的,但讀起來還仍有9dB以上的余度。


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