AC-DC｜設計篇

設計絕緣型返馳式轉換器電路：EMI對策和輸出雜訊對策

2017.07.06

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。

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。

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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。

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設計絕緣型返馳式轉換器電路：EMI對策和輸出雜訊對策
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