開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾防制技術(shù)——傳導篇

1前言

電源產(chǎn)品在做驗證時(shí)，經(jīng)常會(huì )遭遇到電磁干擾(EMI)的問(wèn)題，有時(shí)處理起來(lái)需花費非常多的時(shí)間，許多工程師在對策電磁干擾時(shí)也是經(jīng)驗重于理論，知道哪個(gè)頻段要對策那些組件，但對于理論上的分析卻很欠缺。筆者從事開(kāi)關(guān)電源設計多年，希望能藉由之前對策的經(jīng)驗與相關(guān)理論基礎做個(gè)整理，讓目前正從事或未來(lái)想從事開(kāi)關(guān)電源設計的人員對電磁干擾防制技術(shù)能有初步的認識。

開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾測試可分為傳導測試與輻射測試，一般開(kāi)關(guān)電源的傳導測試頻段是指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。

下面內容章節包括開(kāi)關(guān)電源的傳導測試法規，測試與量測方式，基本概念，抑制傳導干擾的濾波器設計，布線(xiàn)與變壓器設計等章節。

2傳導測試的法規

傳導的法規因產(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FCC part15來(lái)定義其限制線(xiàn)，又可以區分為CLASS A與CLASS B兩種標準，CLASS A為產(chǎn)品在商業(yè)與工業(yè)區域使用，CLASS B為產(chǎn)品在住宅及家庭區域使用，筆者所設計的產(chǎn)品為3C的家用電源，傳導測試頻段為150K~30MHz，在產(chǎn)品測試前請先確認申請的安規為何，不同的安規與等級會(huì )有不同的標準線(xiàn)。

圖1舉例為EN-55022 CLASS B的限制線(xiàn)圖，紅色線(xiàn)為準峰值(QP，Quasi-peak)的限制線(xiàn)，粉紅色為平均值(AV，Average)的限制線(xiàn)，傳導測試最終的目地，就是測試的機臺可以完全的低于其限制線(xiàn)，不論是QP值或AV值;一般在申請安規時(shí)，雖然只有在限制線(xiàn)下方即可申請，但多數都會(huì )做到低于2dB的誤差以預防測試場(chǎng)地不同所導致的差異，而客戶(hù)端有時(shí)會(huì )要求必需低于4~6dB來(lái)預防產(chǎn)品大量生產(chǎn)后所產(chǎn)生的誤差。

圖1

圖2

圖2為一量測后的例子，一般量測時(shí)都會(huì )先用峰值量測，因峰值量測是最簡(jiǎn)單且快速的方法，量測儀器以9KHz為一單位，在150K~30MHz之間用保持最大值(maximum hold)的方式來(lái)得到傳導的峰值讀值，用此來(lái)確認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(lái)減少掃描時(shí)間，圖2的藍色曲線(xiàn)為準峰值的峰值量測結果，一般在峰值量測完后會(huì )再對較高的6個(gè)頻率點(diǎn)做準峰值(QP)與平均值(AV)的量測，就如同圖2所標示。

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

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

現在的IC為了EMI傳導的防制，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6K做變化，藉此來(lái)將差模倍頻的信號打散，不會(huì )集中在單一根頻率上，如果沒(méi)有抖頻功能，差模干擾在主頻的倍頻時(shí)會(huì )呈現單根很扎實(shí)的QP與AV，如同圖2的157KHz，儀器看到的峰值滿(mǎn)高的，但讀起來(lái)還仍有9dB以上的余度。