開(kāi)關電(diàn)源中電(diàn)磁幹擾防制(zα✔✔$hì)辦法

DCDC電(diàn)源産品在做(zuò)驗證時(shí)€π，經常會(huì)遭遇到(dào)電(diàn)磁∑ 幹擾(EMI)的(de)問(wèn)題，有(yǒu)時(s<∏♣hí)處理(lǐ)起來(lái)需花(huā)費(fèi)非常多(duō✔‍∏)的(de)時(shí)間(jiān)，許多(duō)工(gōng)程師(Ω±←βshī)在對(duì)策電(diàn)磁幹擾時(shí)也( ↕£®yě)是(shì)經驗重于理(lǐ)論，知(zh×€✘ ī)道(dào)哪個(gè)頻(pín)段要(yào)對≈σ(duì)策那(nà)些(xiē)組件(jiàn)，但(dàn)對£ (duì)于理(lǐ)論上(shàng)的♠✔​&(de)分(fēn)析卻很(hěn)欠缺•δ‌‌。從(cóng)事(shì)開(kāi)關電(diàn)源設計(‌∑λjì)多(duō)年(nián)，希望能(néng)藉由之前對(duì)策₩₽©™的(de)經驗與相(xiàng)關理(lǐ)論基礎做(zuò)個₹÷♥'(gè)整理(lǐ)，讓目前正從(cóngλ")事(shì)或未來(lái)想從(cóng)事(sh∏ε£ì)開(kāi)關電(diàn)源設計(jì)的(de)'∞ε人(rén)員(yuán)對(duì)電(diàn)磁幹擾防制(z←→hì)技(jì)術(shù)能(néng)有(yǒu)初步的(de)認識♠>λ 。
特殊訂制(zhì)開(kāi)關電(diàn)源的(de)電(diànλ$☆✘)磁幹擾測試可(kě)分(fēn)為(wèi)傳導測試與輻射←©測試，一(yī)般定制(zhì)非标開(kāi)關電(di  ♣àn)源的(de)傳導測試頻(pín)段是(shì)指150K~30₽×≈$MHz之間(jiān)，而輻射幹擾的(de)頻(pín)段是(shì)指3±∑0M~300MHz，300MHz之後的(de)頻(p↓♦§<ín)段一(yī)般皆不(bù)是(shì)電(diàn)©→↓源所産生(shēng)，因此大(dà)都(dōu)可(kě)以給予忽略。×≥σ

下(xià)面介紹包括開(kāi)關電(↔ ∞£diàn)源的(de)傳導測試法規，測試與量測方式，基本‍§↑€概念，抑制(zhì)傳導幹擾的(de)濾波器(qì)設計(jì)，布☆↔¥線與變壓器(qì)設計(jì)等。

2 傳導測試的(de)法規

 

傳導的(de)法規因産品别的(de)不(bù)同，其所适用(yòng)之÷"條文(wén)亦不(bù)同，一(yī)般是(shì)使用(yòng)歐洲的(§←$★de)EN-55022或是(shì)美(měi)國(☆↕‌☆guó)的(de)FCC part15來(lái)定義其限制(zh<♦ì)線，又(yòu)可(kě)以區(qū)分(fēnα♦₩¶)為(wèi)CLASS A與CLASS B兩種标準，CLASS A為(w↕♥×èi)産品在商業(yè)與工(gōng)業(yè)區(qū)域使用(₩☆♣≠yòng)，CLASS B為(wèi)産品在住宅及家(jiā)庭→ 區(qū)域使用(yòng)，筆(bǐ)者所設計(jì)的(de)産品為₹π↔(wèi)3C的(de)家(jiā)用(yòng)電(d£♦iàn)源，傳導測試頻(pín)段為(wβ←èi)150K~30MHz，在産品測試前請(qǐng)先确認申請(qǐn£÷g)的(de)安規為(wèi)何，不(bù)同的(de)安規與等級'β★€會(huì)有(yǒu)不(bù)同的(de)标準線。

舉例為(wèi)EN-55022　CLASS B的(de)限制(≤εzhì)線圖，紅(hóng)色線為(wèi)準峰值（>&₽QP, Quasi-peak）的(de)限制(zhì)線，粉紅(hón​€ g)色為(wèi)平均值（AV, Average）的(de)限制(zσ'↕♣hì)線，傳導測試最終的(de)目地(dì)，就(j​←σ←iù)是(shì)測試的(de)機(jī£∞≠☆)台可(kě)以完全的(de)低(dī)于其限制•∞✘‍(zhì)線，不(bù)論是(shì)Q♥®$P值或AV值；一(yī)般在申請(qǐng)安規時(shí)，雖然隻有(φ>yǒu)在限制(zhì)線下(xià)方即可(kě' ↓ )申請(qǐng)，但(dàn)多(duō)數(shù↑Ω)都(dōu)會(huì)做(zuò)到(dào)低(dī)于2dB的(deγ₽®↑)誤差以預防測試場(chǎng)地(dì)不(bù)同所導緻的(de)差異∏"，而客戶端有(yǒu)時(shí)會(huì)要(yào•✔)求必需低(dī)于4~6dB來(lái)預防産品大(dà)量™♦生(shēng)産後所産生(shēng)的(de±‌♥∞)誤差。

為(wèi)一(yī)量測後的(de)例‌φ子(zǐ)，一(yī)般量測時(shí)都(dōu)會(huì)先π≥α♥用(yòng)峰值量測，因峰值量測是(shì)最簡單§Ω且快(kuài)速的(de)方法，量測儀器(qì)以9KH≥αλz為(wèi)一(yī)單位，在150K~30MHz之間(jiāδ n)用(yòng)保持最大(dà)值(maximum hold)的©₹★(de)方式來(lái)得(de)到(dào)傳導的(de)峰值讀(dú)值，→♥•用(yòng)此來(lái)确認電(diàn)源的(de)最大(d¥∑à)峰值然後再依此去(qù)抓最高(gāo)峰值的(de) ←≈÷實際QP，AV值來(lái)減少(shǎo)掃描時(shí)間(jiān)ε♦，圖2的(de)藍(lán)色曲線為(wèi ★← )準峰值的(de)峰值量測結果，一(yī)般在峰值量測完後會(huì)再對( '←duì)較高(gāo)的(de)6個(gè)頻(÷✘∏pín)率點做(zuò)準峰值(QP)與平均值(A£©≠V)的(de)量測，就(jiù)如(rú)同圖2所标示。

峰值與準峰值的(de)差别在于：峰值量測是('π∑<shì)不(bù)論時(shí)常出現(xiàn)或是(shì)偶爾$÷出現(xiàn)的(de)信号皆被以最大(dà)值的(de)方式置在接收 §器(qì)的(de)讀(dú)值中，而準峰值量測是(shì)指在一(<ε​yī)時(shí)間(jiān)內(nèi)‍♣ ‌取數(shù)次此頻(pín)段的(de)脈沖信号，若某頻(pín)率☆•∞✔的(de)信号在一(yī)段時(shí)間(jiān)內(nèi)₹↑£重複出現(xiàn)率較高(gāo)，才會(huì)得(de)到(dào↑★ε♣)較高(gāo)之量測值；平均值則是(shì)對(duì)此頻(pín₩≈)段的(de)振幅取平均值，典型的(de)頻(p✔λ€←ín)譜分(fēn)析儀可(kě)将帶寬設定在30Hz左右來(lái)得✘φ☆(de)到(dào)最真實的(de)平均信号。

QP與AV相(xiàng)較于峰值，其偵測值必然較低(dī)$σ®ε，若一(yī)開(kāi)始的(de)峰值量測已有(yǒu)足夠←Ω的(de)餘度則不(bù)用(yòng)再做(zuò)單點的↕ ™(de)QP和(hé)AV量測。

現(xiàn)在的(de)IC為(wèi)了(le)E≥σσλMI傳導的(de)防制(zhì)，在操作(zuò)頻(pín>₩ ​)率上(shàng)都(dōu)會(huì)做(zuò)抖頻(pín)的≠π(de)功能(néng)，像是(shì)IC主頻(pín‍σ∏♠)為(wèi)65KHz，但(dàn)在操作(zuò)時(shí)會(hu≤ ✘£ì)以65KHz正負6K做(zuò)變化(huà©®÷)，藉此來(lái)将差模倍頻(pín)的(de)信号打散♦$©&，不(bù)會(huì)集中在單一(yī)根頻(pín)率上(shà¥λng)，如(rú)果沒有(yǒu)抖頻(pín)功能(néng)，差€$×模幹擾在主頻(pín)的(de)倍頻(pín)時(sh✘↕♣‌í)會(huì)呈現(xiàn)單根很(hěn)紮實的(de)QP與A>∞$V，如(rú)同157KHz，儀器(qì)看(kàn)到(dà¶β≤‌o)的(de)峰值滿高(gāo)的(de)，¥ ≠≠但(dàn)讀(dú)起來(lái)還(hái)仍有(∞≥ ¶yǒu)9dB以上(shàng)的(de)餘 ☆×度。

3 傳導的(de)測試與量測方式

為(wèi)測試傳導的(de)參考圖示，此為(wèi)通(tōn¶¶βg)嘉內(nèi)部的(de)傳導設備圖示，待測物(wù)接δλ±σ仿真負載後放(fàng)于桌面上(shàng​₽÷)，經由一(yī)輸入線材(AC cable)連接LISN(​★ ≥線性阻抗穩定網絡)與待測物(wù)，再将LISN的(de)信号接至接ε≤​收器(qì)，輸入線材不(bù)得(de)與地(dì)面接觸，而待測物(w®↓ù)的(de)負載需與待測物(wù)距離(lí)10公分( ✘fēn)，若周邊需接電(diàn)源時(shí)，其電(diàn)源需接獨↑↑↓≥立電(diàn)源，不(bù)得(de)與待測物(wù)使用(yòn≥γ₽g)相(xiàng)同電(diàn)源，若電(diàn)源為(wγ♠↓♣èi)2PIN輸入，則輸出負載需接地(dì)以‌©仿真系統下(xià)地(dì)。

LISN(線性阻抗穩定網絡)內(nèi)部線路(lù)，輸入電(dià ‍"n)源來(lái)源由左邊進入LISN後，經由LF與CF來(láε¥♠i)濾除電(diàn)源的(de)低(dī)頻(pín)≤≤✘噪聲，并由耦合電(diàn)容CC與偵測電(diàn£≈♥)阻RSL/RSN來(lái)取得(de)高(¥☆₹§gāo)頻(pín)信号Vsn，再将此信号經接↕‍©受器(qì)或頻(pín)譜分(fēn)析儀來(lái)得(de)到(dào   ±)其振幅的(de)大(dà)小(xiǎo)(dBuV)®★δ。

請(qǐng)記得(de)輸入線材不(bù)得(de)與地≤ (dì)面接觸，筆(bǐ)者曾有(yǒu)過輸入線材與地↑∏απ(dì)面接觸與否，讀(dú)值差了(le)'>‍10dB左右的(de)經驗；另外(wài)，周邊儀器(qì)的(de)電(₽ ©'diàn)源需使用(yòng)幹淨且與主電(diàn)源隔離(lí)的(∑€€de)電(diàn)源，否則很(hěn)容易因共地(dì)而産生( ★₹"shēng)共模幹擾，許多(duō)測試場(chǎng)✘γ地(dì)會(huì)直接拿(ná)一(yī)個(gè)延長(cháng)ε↕"↕線去(qù)使用(yòng)外(wài)接電(diàn↕↕)源給予周邊，但(dàn)此種方式仍有(yǒ§÷u)可(kě)能(néng)因共地(dì)而被幹擾，若能(néα↔‌→ng)使其接至另一(yī)個(gè)LISN是(shì)個(gè)✘©®β較好(hǎo)的(de)方式，因LISN內(nèi)₽"©λ有(yǒu)LF與CF可(kě)作(zuò)信>♦↑号隔離(lí)。

4 對(duì)策EMI傳導的(de)基÷±✘本概念

4.1 差模(Differential modeδδ£)信号與共模(Common mode)信号

傳導量測接法是(shì)由接收器(qì)量測L/N/G&​'★ND之間(jiān)的(de)頻(pín∏¥¥∏)率與振幅大(dà)小(xiǎo)而成，而信号存在于L與N之間(j∏€<iān)的(de)叫差模信号，而信号存在于L與FG或N與FG之間∑" (jiān)的(de)叫共模信号，也(yě)可(kě)以說(sh¶ " uō)與FG形成回路(lù)的(de)就(jiù)叫共模信号。

一(yī)般電(diàn)源的(de)輸入來(lái)源皆是(s∏±γαhì)取自(zì)L與N，因此在電(diàn)源的(d✘÷™♣e)電(diàn)磁幹擾設計(jì)中，差模成份的(de)抑制(zhì)極為(↕>✔δwèi)重要(yào)，尤其是(shì)前頻(pí✘±n)段150K~1MHz大(dà)多(duō)λ↑是(shì)由開(kāi)關電(diàn)源的©®(de)主頻(pín)與倍頻(pín)出來(lái)的(de)差模幹擾。

為(wèi)一(yī)未對(duì)策前的(de)傳導測試結果，前端為(wπ♠₹δèi)IC的(de)操作(zuò)頻(pín)☆ ∞™率所引起的(de)倍頻(pín)差模幹擾加上→©(shàng)本體(tǐ)的(de)共模幹擾所形成✔‍≠λ，由圖形可(kě)看(kàn)出每根峰值之間( π​↓jiān)的(de)頻(pín)率為(wè​↕εi)100KHz，可(kě)判斷此IC的(de)操作(zuò)頻•¶(pín)率為(wèi)100KHz，而測量的(de)讀(dú)值是(shì)‍β呈現(xiàn)由IC 100KHz的(de)倍頻(pín)做(zuòφ¥$)線性衰減，因此每100KHz就(jiù•∞)有(yǒu)一(yī)根因IC操作(zuò)頻(pín)率所造成的(de) σ差模幹擾信号，也(yě)可(kě)以說(shuō)在前∏π頻(pín)段時(shí)，共模信号呈線性平面下(xià)降，而差模≈≈Ω信号則叠加在共模的(de)上(shàng)方。

相(xiàng)同的(de)機(jī)台在對(duì)策後測試結果，在對(du¥∞>±ì)策後最差都(dōu)還(hái)有(yǒu)6dB以上(shàng)的(↓∏de)餘度，已可(kě)符合多(duō)數(shù)的(de)±¥↓✘客戶要(yào)求。

一(yī)般在測試時(shí)，必需測試L與N兩∞→™項，一(yī)般L與N的(de)讀(dú)值不(bù)會( •∏£huì)差異太大(dà)，若差異很(hěn)大(dε ♣♠à)一(yī)般都(dōu)是(shì)某項的(de)共模能(néng)量♣÷♥較強所緻。

測試的(de)輸入電(diàn)壓則是(shì)看(kàn)申請÷↑​(qǐng)的(de)安規來(lái)決定，一(yī)般是(shì §φ)用(yòng)110V與230V來(lái)做(zuò)高(gāo)>‌低(dī)壓量測；另外(wài)，産品在确認傳導測試時(shí)皆需要₹₩$Ω(yào)做(zuò)長(cháng)時(shí)間(jiān)的(de&☆π)燒機(jī)，有(yǒu)時(shí)會(huì)因≠÷¶♠燒機(jī)後磁性組件(jiàn)過熱(rè)導緻感β♠量異常而讓EMI變差。

4.2 電(diàn)磁幹擾，電(diàn)場(chǎng)幹擾與↕≥≥¥磁場(chǎng)幹擾

電(diàn)磁幹擾(EMI, Electrical M≈•↓¶agnetic Interference∞§)可(kě)分(fēn)為(wèi)電(di"↑≥φàn)場(chǎng)幹擾與磁場(chǎng)幹擾兩種，電(diàn)場(c¶δ♥✘hǎng)與磁場(chǎng)是(shì)兩種不(bù)$¥同的(de)性質，但(dàn)兩者之間(jiān)的(de)能(néng∑α)量是(shì)會(huì)互相(xiàng)影(yǐng)響的(de≈¥)，随時(shí)間(jiān)變化(huà)的(de)電(d$•'$iàn)場(chǎng)會(huì)産生(shēng)磁₩•場(chǎng)，而随時(shí)間(jiā✘€™♦n)變化(huà)的(de)磁場(chǎng)也(yě)會(huì)産₹∏ 生(shēng)電(diàn)場(chǎng)，這(zhè)≠Ω‌些(xiē)不(bù)斷同相(xiàng)振蕩的(de≥φ£λ)電(diàn)場(chǎng)和(hé)磁場(chǎn"∑≤βg)共同的(de)形成了(le)電(diàn)磁幹擾(電(diàn)磁波)€☆≈​。

一(yī)般對(duì)于電(diàn)場(chǎng)，我÷>∏們可(kě)以用(yòng)電(diàn)荷公式與電(diàn)容公式來(l♣★ái)作(zuò)解釋，

簡單來(lái)說(shuō)，任何的(φ€εde)導體(tǐ)在電(diàn)場(chǎng)下(xià)都(dōu)可(≥∞σkě)等效成一(yī)個(gè)帶電(diàn)的(•‍∞de)電(diàn)容，其容值随著(zhe)與周邊另一(y↔≥ī)個(gè)導體(tǐ)之間(jiān)的(de> )距離(lí)／表面積／介質不(bù)同而有(yǒu)差異；兩φ✘σ導體(tǐ)之間(jiān)的(de)電(diàn)容圖示，綠(lǜ)色導體§φ≈←(tǐ)與藍(lán)色導體(tǐ)所等↕₩效的(de)電(diàn)容，根據電(diàλ₩♣±n)容公式，容值會(huì)因兩導體(tǐ)之間(jiān)‌ 的(de)距離(lí)愈遠(yuǎn)而變小(xiǎo)，Ω∞也(yě)會(huì)因兩導體(tǐ)之間(jiān)的λ♦ (de)截面積愈大(dà)而增大(dà)，而兩導♠'β∏體(tǐ)之間(jiān)的(de)介質(介電(diàn)系數(≤★∑ shù))也(yě)會(huì)影(yǐng)響容值的(d↓∞↔÷e)大(dà)小(xiǎo)。

當電(diàn)容二端的(de)電(dià"​≥↕n)位在時(shí)間(jiān)之內(nèi)存在"←±Ω一(yī)電(diàn)壓差時(shí)，則會(huì)根據電(diàn✔±)荷公式(電(diàn)壓／時(shí)間(jiān)的π"(de)變化(huà))而産生(shēng)一(yī)電(diàn)流，δ<•而任何産生(shēng)的(de)電(diàn)流必需經由另一(yī>€ ♦)路(lù)徑回到(dào)自(zì)己出發時(shí)的(de)位Ω★置而形成一(yī)電(diàn)流回路(lù)，此因電(α₩diàn)壓變動造成的(de)電(diàn)流回路(lγ∞'ù)就(jiù)會(huì)引起電(diàγ n)場(chǎng)幹擾。

因此，改善電(diàn)場(chǎng)幹擾的(de)₹Ω方式，就(jiù)是(shì)減少(shǎo)其回路(lδ"ù)電(diàn)流的(de)方法，根據πγ上(shàng)面兩個(gè)公式，我們可(kě)✔→↕以藉由将耦合電(diàn)容減小(xiǎo)，像是(shì)減少(§÷ βshǎo)兩個(gè)導體(tǐ)之間(jiān)接觸的(de)面積／↕'λ增加其距離(lí)／變更中間(jiān)的(de)介質等方式來(l™♦γ×ái)減少(shǎo)電(diàn)容效應，或是(shì)減小(xiǎo)電(←✘εγdiàn)壓差或時(shí)間(jiān)變¶→∏化(huà)率來(lái)減少(shǎo)電(diàn)場(ch ↕ǎng)感應。