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AC/DC

採用AC/DC PWM方式的返馳式轉換器設計方法

設計絕緣型返馳式轉換器電路:EMI對策和輸出雜訊對策

本節說明電路的雜訊對策。在設計開關電源時,必須評估雜訊並採取因應對策。

一開始先略為複習和雜訊相關的同語。

・EMI(Electro Magnetic Interference):電磁妨礙(電磁干擾、電磁損害)
 電波和高頻電磁波成為雜訊,影響電子機器等,或是會造成影響的電磁波。
 -傳導雜訊:經由線路和機板配線傳導的雜訊
  >差動模式(一般模式)雜訊:發生在電源線之間,且傳送方向和電流相同的雜訊
  >共模雜訊:透過金屬外殼等,穿過游離電容等,回到信號源頭的雜訊
 -輻射雜訊:釋放到空氣中的雜訊

・EMS(Electro Magnetic Susceptibility):電磁耐受度
 指即使受到電磁波的妨礙、干擾(EMI:傳導雜訊和輻射雜訊),也不會出現損壞的能力、耐受度。

・EMC(Electro Magnetic Compatibility):電磁相容(電磁兼容性)
 EMI+EMS。釋放(Emission)對策加上耐受性(Immunity)對策。
 
EMI從路徑來看,分成傳導雜訊和輻射雜訊,傳導雜訊根據傳導方式,又可以再細分成差動模式雜訊和共模雜訊。雖然只是粗略學習其概要,但我認為應該記住此類最基本的知識。

EMI對策

開關電源電路的EMI會影響其他電路時,就必須採用EMI對策。基本上,在大電流開關中心點和線路,追加整合阻抗和具備遮蔽/過濾功能的電容、電阻/電容電路。

14A_graf01

1) C12、R17:輸出整流二極體追加RC緩衝電路
和輸入緩衝相同,降低開啟/關閉時產生的突波。輸入緩衝電路請參照這裡。C12選擇500V 1000pF、R17選擇10Ω 1W。

2) C10:一次側和二次側之間追加Y-電容
在一次側和二次側的接地間,追加稱為Y-電容的電容。為代表性方法之一,經由絕緣變壓器的線圈間電容,讓一次側開關雜訊降低二次側所產生的共模雜訊。Y-電容的額定電壓值必須和變壓器的絕緣耐壓同等。容量選擇2200pF左右。

3) C11:在MOSFET Q1的汲極-源極間追加電容
為了在開啟時,降低高速開關所引起的突波,而在MOSFET汲極-源極間追加電容的方法。這也屬於緩衝電路的一種,但會增加損耗,因此必須注意溫度上升狀況。本節使用耐壓1kV的10~100pF電容。

上記零件常數為起始線的參考值。必須先確認雜訊造成的影響後再加以調整。

14A_graf02

輸出雜訊對策

不用說,開關電源的輸出電壓上存在著取決於開關頻率的漣波,以及高頻諧波、電感和電容所引起的雜訊。當這些雜訊造成困擾時,可以在二次側追加LC濾波器有效解決該困擾。

以電感L為10μH、C10為10μF~100μF作為起始線標準值,仔細觀察雜訊後再加以調整。

以上、是主要的雜訊對策。不論何種方式,都必須測量雜訊、確認雜訊對機器造成哪些影響。規劃測量環境和裝置,是確實測量雜訊上不可或缺的。無法定量測量時,或許可以從機器的S/N等、性能層面,來掌握是否會造成影響。

本節提到的對策,屬於適用在電源電路構造上的雜訊對策。雜訊的生成亦和機板配線、零件配置、零件性能等有關。應該根據實際情況,將LC濾波器由簡單的L型,升級成π型和T型,以及在電路機板上加裝遮蔽板等。

另外,還必須符合例如國際無線電干擾特別委員會(CISPR)規範等雜訊、機器相關規範。必須遵照規範規格時,在一開始設計之際就須時常謹記此事。
 
本節是以「設計絕緣型返馳式轉換器電路」為主題,說明電路設計的結尾。接下來將進入「機板配線範例」章節。

重點:

・開關電源是潛在的EMI源頭,必須同時針對傳導雜訊和輻射雜訊,採用因應對策。

・從EMC的角度來看,主要採取釋放(放出雜訊)對策。

・基本對策為設置雜訊濾波器,但雜訊亦和機板配線、基本零件有關。


PWM返馳式轉換器設計範例