由于科技的迅速发展,使得各种行业都需要使用到精密的电子设备。配合使用场合之需要,需数种设备共同使用同一台电源供应设备,因而导致电路间互相干扰之问题。其中尤以电磁干扰(Electromagnetic Interference, EMI)及噪声(Noise)的问题最令工程师感到困扰。
在 1970 年代早期,半导体装置及电力电子技术开始蓬勃发展,导致电源供应器由传统的线性系统急遽转变为切换式电源供应器。切换式电源供应设备之动作原理一般为对功率晶体管等开关组件做关闭、开启之切换行为。而此开关组件在切换瞬间出现的大电压或大电流即是产生高频噪声的主要原因。
电源供应系统几乎是所有电气产品所必需的,相对的,也就是所有电磁干扰主要来源。因此近代的电气设备大多会在输入端加装一个输入电磁干扰滤波器。本文中将提出一被动滤波器之设计方法,此一方法可有效降低电源供应设备之 EMI 干扰。本方法仅需少数组件即可达成所需之滤波效果,且组件值之计算容易,让工程师在设计滤波器时,可减少其时间及金钱上的花费。
本文首先将对电磁干扰做大略的叙述。由于本文所使用的驱动器其内部输出电源是由返驰切换式电源供应器所提供的,因此我们将探讨切换式电源供应器的噪声产生原因。再来是对本文所提出的滤波器设计步骤作说明,最后利用本文所提出的滤波器设计方法来制作一有效之滤波器,以验证本文提出之滤波器设计方法是否正确。 不需要的信号造成电磁干扰
在单一系统内全无噪声而处理甚佳的信号,其电磁能量对综合系统内其它副系统的信号而言,是属于不需要的信号 ,此信号可能会造成可观的干扰,则称之为电磁干扰(Electromagnetic Interference) 。由于切换式转换器电压及电流的瞬间快速变化,使其本身成为一主要电磁干扰源,这不仅会使其它与其使用相同电源的设备产生不良影响,同时也容易使自身的操作出现误差动作。一般而言,任何流经电源线(Line)与中性线(Neutral)的噪声电流均可分为共模(Common Mode)成分与差模(Difference Mode)成分。其中共模噪声电流是指以相同振幅及相位的形式流经L、接地(Ground)及N、G 的噪声电流,因此亦可称为非对称型式的噪声电流(Asymmetrical-mode noise current)。而差模噪声电流是指以相同振幅但相位相差180度的形式流经L、N而不经接地线的噪声电流,因此亦可称为对称型式的噪声电流(Symmetrical-mode noise current)。这两种形式的噪声普遍的存在于输入或输出线中,任何滤波器之设计均需考虑两者,图1为在电路中共模噪声及差模噪声路径示意图。
切换式电源供应器藉功率开关控制电压
由于本文中所使用的驱动器其输出电源是由内部的返驰式电源供应器所提供,且其噪声主要是由切换式组件所提供。因此我们将叙述切换式电源供应器的动作原理,以使读者能对其有概略的了解。