開關(guān)電源的電磁干擾防制技術(shù)——傳導(dǎo)篇

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)也是經(jīng)驗(yàn)重于理論，知道哪個(gè)頻段要對(duì)策那些組件，但對(duì)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產(chǎn)生，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(guó)的FCC part15來定義其限制線，又可以區(qū)分為CLASS A與CLASS B兩種標(biāo)準(zhǔn)，CLASS A為產(chǎn)品在商業(yè)與工業(yè)區(qū)域使用，CLASS B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-55022 CLASS B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(chǎng)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)后所產(chǎn)生的誤差。

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(jiǎn)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(maximum hold)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，如果沒有抖頻功能，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。