TWI224420B

TWI224420B - Processing method of conductive EMI noise

Info

Publication number: TWI224420B
Application number: TW92116187A
Authority: TW
Inventors: You-Gang Luo
Original assignee: Univ Nat Taiwan Science Tech
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2004-11-21
Also published as: TW200428768A

Description

1224420 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】更特J!:係：：：；種傳導性電磁干擾雜訊處理方法；有關於-種傳導性電磁干擾之雜訊里成I 摊讯分離及滤波器設計方法。【先前技術】 / 當電子產品操作時，傕调、息7 # 現象，我們將這種狀況稱為3置產生不想要的如導線或任何金屬結構傳遞導之 ^電擾磁干勺擾人是f由金屬導體容器及變壓器傳遞之干擾。傳導生經由電感裔、電物（Ε_嶋t Under Test', = Z磁干擾量測的是待測雜訊；其抑制方法通常是：電:7力，上由導/傳遞出來的。巾疋隹冤路中加上-電磁干擾濾波器傳導性電磁干擾的量測主要是用以評估產生量，此處所提待測物就是雜訊源。其次a二雜讯的身必須具備捕捉雜訊的能力，在傳導性電磁；G:2 中，廷個任務就交給傳輸阻抗穩定網路（L丨、糸、，先傳^且抗,定網路取得雜訊大小，，經由雜訊分離J任。 (Noise Separator)分離出共模雜訊和差 ° 由頻譜分：儀（Spectrura Analyzer)顯示：雜：的值。可以再將頻譜分析儀透過介面卡連拉 7大小用軟體設計介面程式，使得個人電腦可控制八如’利取得頻譜分析儀上所量測之雜訊大小，你’ 刀析儀及研究。作進一步的分析及 1224420 五、發明說明（2) ^Ί 傳輸阻抗穩定網路所擷取到的雜訊中，包含了共模雜訊和差模雜訊兩個分量，此兩種雜訊成分是以向量和、向、 1差的關係相結合。若能將共模和差模雜訊予以分離開來 Μ ’有助於了解待測物的雜訊結構，對於電磁干擾濾波器的設計將有非常大的幫助。雜刀離的技術如：電流探棒法（C u r r e n t p r 〇 b e )、差模拒斥網路（Differen1：ial M〇de Rejecti〇n

Network)、主動型雜訊分離器（ActiVe Noise Separator)、功率結合/分離雜訊分離器（p〇wer

Combiner / Splitter Noise Separator)。其中差模拒❸ 斥網路具有成本低、所量測頻率頻寬大的優點，缺點在於只能來量測共模雜訊。【發明内容】、本發明的目的是提供一種傳導性電磁干擾雜訊處理方 =°對於傳導性電磁干擾的雜訊量測、雜訊分離及濾波器没計提出了一個因應對策。 “ 依據本發明之一特點，本發明利用軟體的方式來達成電磁干擾的雜訊量測，具有極佳的人機介面，頻譜儀的面板可以顯示在電腦的螢幕上，使用者可以透過鍵盤及滑鼠來控制整個量測系統。依據本發明之另一特點，本發明對於傳導性電磁干擾 ^雜Λ中的共模與差模成份，亦能經由軟體化的方式來分離0 依據本發明之另一特點，本發明進而利用電腦強大的

第6頁 1224420 五、發明說明（3) 運算功能，快速分別抑制共模與影響抑制效果，的方式達成。【實施方式】第一圖是本訊分離和濾波器傳輸阻抗穩定網器1 0 4，頻譜分才扮演控制量測雜計的功能。第一雜訊的向量和，的向量差。其雜 L= CM+ DM N= CM- DM 第二圖所示及滤波器設計方來達成。一開始 (S 1 0 2 );最後是成以下步驟包含 (S 1 0 6 )、計算濾路（S1 18)。當完頻段或低頻段是 (S 1 1 6 );不符合 f儀1 0 6，及個人電腦1 0 8。個人電腦除了訊角色外，還可以有雜訊分離和濾、波器設❸ 圖中L線上的雜訊是共模（CM )和差模（DM) N線上的雜訊是共模（CM)和差模（DM)雜訊訊關係可以用以下的相量方程式表示：的設計出合適的濾波器元件值，以有效地差模雜訊。為了避免因濾波器之諧振效應有關濾波器阻尼電路之設計，亦能以軟體發明軟體化傳導性電磁干擾雜訊量測、雜設計系統的方塊圖；包含了待測物1 0 2，路1 0 0，連接交流電源系統1 1 0，雜訊分離

(2) 為本發明電磁干擾之雜訊量測、雜訊分离隹法之流程圖。整個流程都是以軟體的方式先量測原始雜訊（S 1 0 0 );再分離雜訊成份設計電磁干擾濾波器。濾波器的設計可分 :計算衰減量（S 104)、計算轉折頻率波器元件值（S 1 0 8 )、及視需要加入阻尼電成步驟S 1 0 8後，判斷設計出來的濾波器高否符合規範限制（S1 1 2 )，符合則設計完成則判斷是否低頻段無法符合規範限制 1224420 五、發明說明（4) (S1 1 4 )。不符合則、複步驟S 1 0 8 ;反夕木車乂低的濾波器轉折頻率（S 1 1 〇 )，限制，則可於轉折f代表濾波器在高頻段無法符合規^ 頻的寄生元件Ϊ;頻；：入阻尼電路(S118)，或是檢查t 抗源的諧振。块播敕^ 一輻射性耦合問題、及降低雜訊^ 之詳細說明，、後整個設計完成(川㈠。以下則是各：： #量測原始雜訊首先以電胞八路取得代測物的;;f制頻譜分析儀，以傳輸阻抗穩定板只能顯示出線：：大小…卜，因應有些頻譜分析頻譜刻度的雜訊分晋：f的？訊分布’ #法顯示出對數取得對數頻譜刻度:方=^明過提供一套從線性頻譜刻度利用頻言普分^ 訂頻段來作掃描工J在安，範圍i5〇Kz〜30MHZR，皆可自譜分布共4 0 1筆資料。’且旎一次透過介面提供電腦線性頻的頻譜資料較多/、、由，於對數座標在較低頻率需要顯示，以得到更多的丄/以對於較低的頻段，掃描的範圍取窄細步驟如下：貝πΚ ’循序的由1 5 0 Κ Η z掃描到3 0 Μ Η z。詳 1 ·先將開始和姓

對數為iogl、U 轉成對數刻度，其開始頻率取 = 7.47。 Κ_5· 176’結尾頻率取對數為log30M 2·將 5· 176 〜7 起點與終點’ 7的間隔等分成1 0小格，並求出每格的終點為5 . 4 〇 6。數值，其中第一格的起點為5 · 1 7 6，

1224420 五、發明說明（5) —- 3 ·將每格等分成4 0段取4 1個點，各點數值取指數運算 1 〇 X ’算回線性刻度的頻率值，其中第一格起點的線性刻度頻率值為1 0 5 · 1 7 6 = 1 5 0 K，終點的線性刻度頻率值為 1 〇 5 . 4 〇 6 = 2 5 4 κ。 4 ·使用頻譜儀以每格的起點和終點作掃描，依序掃描十格’共掃描十次，每次可以得到線性頻譜的4 0 1 筆雜訊大小的資料。 5 ·依序處理步驟3 ·找到的第一格中的4 1個點，取出第一 t頻率點，搜尋由步驟4 ·所得到4 0 1筆線性頻譜中最接近本頻率點的雜訊大小資料，並將它儲存起再取出第二個頻率點，作上述的動作，繼續搜哥直到4 1個頻率點所對應的雜訊大小資料都找到止。 6·繼續以步驟5_的方式搜尋第二格以後每格的41個頻率，/前面9格我們刪除最後一個點，只取4〇個點 ’最後一袼則保持原來4 1個點的雜訊大小資料，因此f對數座標上的雜續大小資料共有40X9 + 4 1 =40 1 筆貝料’恰好可以顯示在電腦量測畫面的面板上。 •分離雜訊成份、接者電腦會再控制雜訊分離器取得共模及差模的雜訊成份’從第（1 )式和第（2 )式可以推導出： LM- 2 ( CMM- DM2) (3、山旦厂:[和N的大小值能直接由傳輸阻抗穩定網路的輸出端量測得’如果我們能量測到共模或是差模雜訊的頻譜大 1224420 五、發明說明（6) * —- 小值，代入第（3 )式可得到另一個的大小值。在這裡我們採用的雜訊分離器是差模拒斥網路的方法，雖然只能分離出共模雜訊成份，但可以利用電腦運算方式得到差模雜訊成份。、 •計算衰減量有7原始共模雜訊V(ACT;CM)及差模雜訊V(ACT;DM)的數據之後’接著我們便可依據所選之規範標準v (L丨m丨t)，計算所需共模雜訊衰減量V( ATT; CM)及差模雜訊衰減量 V(ATT;DM)’其計算方式如下 V(ATT;CM)= V(ACT;CM)- V(Lirait)+ 6dB (4 V(ATT;DM)= V(ACT;DM)- V(Lirait)+ 6dB (5 加入6dB的主要目的是，當考慮共模雜訊和差模雜訊被衰減至規範標準時，有可能發生相位相同或相位相差 1 8 0度’而使得火線和中性線之總電壓雜訊大小超過規範的情況。為了避免這種情形發生，在計算衰減量時可先將標準設定於比規範限制小6 d B之處，亦即使雜訊抑制之要求更為嚴格，以避免濾波後雜訊大小仍舊會超過規範限制 _計算轉折頻率本發明是以代入數學公式的方法求得轉折頻率，其& % 式如下： V(ATT)= 401ogl0( F(EMI)/ F(CF)) (6 上式為一電感及電容所組成的二階低通濾波器，其# 訊衰減量的求法，其中V(ATT)為雜訊衰減需求量，

第10頁 12244/u -————— 五、發阴說明（7) 為滤波器的轉牯此十中因雜訊衰減需求^，F (fMi)為待衰減的雜訊頻率要將此兩數值代入、待衣減的雜訊頻率皆為已知，故只解的過程當中，々弋中，可求得濾波器的轉折頻率。在求的濾波器轉折頻=，f衰，的雜訊頻率皆可求出一相對映需的轉折頻率。、，其中取低的轉折頻率值即為濾波器所丨•計算濾波器元件值濾、波器元杜、能力愈強，可、查=電感、電容值愈大，則其對雜訊之衰減果愈佳，作相ϊί之轉折頻率愈|’對低頻雜訊之抑制效料特性可地必須付出成本、體積增加的代價。由材自共振頻率愈；電：持大”元件阻抗特性的值ΐί:制增大。考慮電容值對體積的變化率較電感 ,.5 J 而且市售之電容器都有固定之容值，較缺乏彈 # 〜以在決定共模和差摸濾波器的元件值時，將優先考慮電t丄在安規限制許可下，盡量選用較大的容值。弟二圖為本發明所採用的電磁干擾濾波器架構。其、CM電感202、2 0 6主要目的即是阻隔共模雜訊電流；⑽ 感2 04、2 0 8主要是用以阻隔差模雜訊電流；X電容2〇〇、 2 1 0可以濾除差模雜訊；γ電容2 1 2、2 1 4可以濾降丑拷仙十孔。彳美雜第三圖的電磁干擾濾波器架構，對於共模雜二簡化成第四圖的等效電路。其中γ電容是跨接於、。汛，可以兩端與接地線之間，基於漏電流的限制，選取電力線的的電容值不

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五、發明說明（8) 能太大，以能合乎安規之最大值為主。選取γ電容3〇 “ 容值後，可利用第（6 )式所得到之共模轉折頻率之電 F(CF;CM)，計算所需之CM電感3 0 0如下： CM電感=(27Γ F(CF;CM))-2( 2Y電容）第三圖的電磁干擾濾波器架構，對於差模雜訊，u (7 簡化成第五圖的等效電路。兩個X電容4 0 2、4 0 4可採用^目^ 同的元件值，利用第（6 )式所得到之差模轉折頻率相 F(CF; DM)和DM電感4 0 0求得： X電容=(2ττ F(CF;DM))-2( 2DM電感）—1 (8 由於此時DM電感和X電容均為未知數，設計者有相當大的彈性空間可以自行決定，DM電感值取愈大，X電容值可取愈小，反之亦然。但濾波器元件的選用必須考量濾、波器電路本身所造成的影響，例如穩定度和工作性能等因素0 鲁加入阻尼電路本發明還可以對視共模濾波器或是差模滤波器之頻率響應是否滿足需求，對其加入阻尼電路，以增進濾波器之整體效果。在共模濾波器，可加入一阻尼電阻R及一阻尼電容C。 Ri CM電感/ 2 Y電容 (9) C二 η(2 Y電容），n> 1 在差模濾波器，可加入一阻尼電阻R及一阻尼電感L。 (2tt F(CF;DM) X電容）-1 L= n(2 DM電感），n> 1 (10)

第12頁 1224420 五、發明說明（9) 本發明已以較佳實施例說明如上，熟習該項技術者皆得對該等實施例加以變化，且如此構成之變化實施例在精神與範圍上皆不脫離本發明之範圍，本發明之範圍定義於下述申請專利範圍中。

第13頁 1224420 圖式簡單說明第一圖為本發明電磁干擾雜訊量測、雜訊分離和濾波器設計系統方塊圖。第二圖為本發明電磁干擾雜訊量測、雜訊分離及濾波器設計方法流程圖。第三圖為本發明電磁干擾濾波器架構。第四圖為本發明電磁干擾濾波器共模等效電路。第五圖為本發明電磁干擾濾波器差模等效電路。【元件代表符號簡單說明】 1 00 傳輸阻抗穩定網路（L I SN) 102 待測物（EUT) 104 雜訊分離器 10 6 頻譜分析儀 108 個人電腦 110 交流電源系統（單相三線式） 200 C XI 202 L CM 204 L DM 206 L CM 208 L DM 210 c X2 212 C Y1 214 C Y2 300 L CM 302 2C 400 2 L DM 402 C XI 404 c X2 S100 量測原始雜訊 S102 分離雜訊成份 S104 計算衰減量

第14頁 1224420 圖式簡單說明 S 1 0 6 計算轉折頻率 S 1 0 8 計算濾波器元件值 S 1 1 0 採用較低的濾波器轉折頻率 S 1 1 2 判斷高低頻是否皆符合規範限制 S 1 1 4 低頻段是否符合規範限制 S 1 1 6 設計完成 S 1 1 8 於轉折頻率處加入阻尼電路

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Claims

六申清專利範圍 2 電磁干擾雜訊處理里冽一電子儀器之傳導性“法，包含下列步驟：電礙干擾之一原始雜訊未1田士各~ 成份利用該原始雜訊，分離，、¥性電磁干擾之一雜訊 2 、如申2 :::雜訊成份，設計〜滄儀哭Γ ί範圍第1項戶斤述之ί器、。 :之傳導性電磁干擾之—方法，其中量測一電子、如Ά性頻譜刻度取得對數：雜訊更包含下-子步含：:專利範圍第2項所述=譜刻度。下列程序：方法，其中該子步驟包將一開始頻率和一纟士 —開始頻率對數值和—f率轉成對數刻度，可得將該開始_旨i ^、、，σ頻率對數值；數格，每—二員；值和該結尾頻率對數值等分成數值，共可得一站頻率對數值和一終點頻率對數值；將該組組終點頻率對取指數運算，曾π姑f對數值和该組終點頻率對數值頻率和性刻度的頻率值，可得-組起點數小數值和該終點頻率對數值等分成，算回線性刻度值將該!:對數值點取指數運算起點頻率對數值和該 j，依序性刻度，可得多組線性值點；員羊對數值轉成線

第〗6頁 1224420 六、申請專利範圍使用一頻譜儀在該起點頻率和該終點頻率掃描，得一組頻譜資料，包含一組頻率資料和其對應之一組雜訊數值資料；依序完成該數格之掃描，可得多組頻譜資料，包含多組頻率資料和其對應之多組雜訊數值資料；將該多組頻譜資料中，與該多組線性值點最接近的多組頻率資料其對應之多組雜訊數值資料記錄，得多組對應雜訊數值資料；顯示多組對應雜訊數值資料與多組線性值點的關係。 4、如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該雜訊成份為一共模雜訊或一差模雜訊。 5、如申請專利範圍第4項所述之方法，其中分離傳導性電磁干擾雜訊成份，包含已知該共模雜訊，計算該差模雜訊。 6、如申請專利範圍第4項所述之方法，其中分離傳導性電磁干擾雜訊成份，包含已知該差模雜訊，計算該共模雜訊。 7、如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該濾波器包含一共模雜訊濾波器和一差模雜訊濾波器。 8、如申請專利範圍第1項所述之方法，其中利用該雜訊成份，設計該濾波器包含下列步驟：利用該雜訊成份，計算該濾波器所需之一雜訊衰減需求量；

第17頁 1224420 六、申請專利範圍利用該雜訊衰減需求量及一待衰減雜訊頻率，計算該濾波器之一轉折頻率；利用該轉折頻率，計算該濾波器所需之一電容值和一電感值。 9 、如申請專利範圍第8項所述之方法，在利用該雜訊成份，設計一濾波器後更包含下一步驟：利用該轉折頻率、該電容、及該電感加入一阻尼電路。 1 0 、如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該雜訊成份為一共模雜訊，該滤波器為一共模雜訊濾波器。· 1 1 、如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該雜訊成份為一差模雜訊，該濾波器為一差模雜訊濾、波器。 1 2、如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該雜訊成份為一共模雜訊，該濾波器為一共模雜訊濾波器。 1 3、如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該雜訊成份為一差模雜訊，該濾、波器為一差模雜訊濾波器。 1 4、如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中該共模雜訊濾波器之該阻尼電路包含一阻尼電阻和一阻尼電容。 {| 1 5 、如申請專利範圍第1 3項所述之方法，其中該差模雜訊濾波器之該阻尼電路包含一阻尼電阻和一阻尼電感。

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