電源轉(zhuǎn)換之電磁兼容性（EMC）
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上傳人：admin 上傳時(shí)間： 2007-02-08 瀏覽次數(shù)： 210 |
編者按：電磁兼容性（EMC）在過去十年已成為非常通曉的名詞。在90年代，歐洲要求銷售于其地區(qū)的產(chǎn)品，必須降低輻射干擾及傳導(dǎo)干擾。因此，現(xiàn)在產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段，就會(huì)考慮到如何通過電磁兼容性的測(cè)試。
但是什么是EMC? EMC指裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)在給予的電磁條件下，正常工作且不會(huì)降低效能和成為干擾源的能力。有某些團(tuán)體如IEC及CISPR專門制定EMC標(biāo)準(zhǔn)，給予人遵循之依據(jù)。
本文會(huì)提到EMC對(duì)輻射干擾及傳導(dǎo)干擾之規(guī)范，包括共模雜訊及差模雜訊。如何利用主電源濾波器來克服此兩種雜訊，亦將有例子說明。這些雜訊可能存在于電力線，也可能由內(nèi)部開關(guān)元件產(chǎn)生。
EMC規(guī)范
我們必須了解EMC規(guī)范，才可設(shè)計(jì)符合EMC的產(chǎn)品。在北美及歐洲，不特別要求電源模塊必須符合規(guī)定，但是電源系統(tǒng)要符合其規(guī)范。
國(guó)際電子技術(shù)委員會(huì)（Internal Electrotechnical Commission – IEC）負(fù)責(zé)制定歐洲的規(guī)范。CISPR（Comite International Special des Perturbations Radioelectriques）國(guó)際無線電干擾特別委員會(huì)之CISPR22 定義最嚴(yán)格的輻射干擾限制，EN55022（圖1）及EN55011（圖2）說明這些限制。而在圖1及圖2的class A及Class B是分別針對(duì)于工業(yè)及本國(guó)產(chǎn)品的要求。依照偵測(cè)雜訊天線形式的不同，歐洲有兩個(gè)上限。其中準(zhǔn)峰值天線（Quasi-peak）的上限準(zhǔn)位較高，而均值天線則是較低值的上限準(zhǔn)位，但是每一裝置都必須通過此兩種測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)才得以符合規(guī)定。
北美使用FCC標(biāo)準(zhǔn)，類似于歐洲的EN要求，兩個(gè)量測(cè)電源供應(yīng)器的標(biāo)準(zhǔn)為EN55011及EN55022。圖3及圖4分別表示EN55011及FCC part15 subpartB （北美）輻射干擾準(zhǔn)位。
在北美，根據(jù)FCC規(guī)定，輻射電磁干擾最常量測(cè)的頻率范圍從30MHz至10GHz，而傳導(dǎo)干擾最常量測(cè)的頻率范圍從幾KHz至30MHz。
圖1：EN 55022 傳導(dǎo)干擾準(zhǔn)位
圖2：EN 55011/FCC Part15 Subpart B 傳導(dǎo)干擾準(zhǔn)位。2004年5月23日后，F(xiàn)CC Part15 Subpart B 與EN55011的傳導(dǎo)干擾準(zhǔn)位一致。
圖3：EN 55011 輻射干擾準(zhǔn)位
圖4：FCC Part 15 Subpart B 輻射干擾準(zhǔn)位
共模雜訊（Common mode）及差模雜訊（Differential mode）
兩個(gè)主要雜訊來源：一為共模雜訊，一為差模雜訊。共模雜訊（見圖5）來自共模電流。在單相電力系統(tǒng)應(yīng)用中，其能量對(duì)兩條電力線是共同的，能量在導(dǎo)在線傳導(dǎo)為同向，以地為參考點(diǎn)。因?yàn)樵谕粫r(shí)間，在兩條電力在線有一樣的能量大小，而無法用任何元件跨在這兩條電力線間來作衰減。共模電流產(chǎn)生的共模雜訊，永遠(yuǎn)存在于進(jìn)入設(shè)備的電源在線。因此我們可在原型機(jī)種設(shè)計(jì)階段，于測(cè)試是否符合EMC前，量測(cè)電源線以盡量降低電流。因?yàn)樵诖蟛糠萸闆r，共模電流無法接受，則輻射干擾測(cè)試亦將失敗。共模電流可使用250MHz頻率范圍的高頻電流探棒及頻譜分析儀來量測(cè)。
圖5：共模雜訊
差模雜訊（見圖6）與共模雜訊相反。其產(chǎn)生是由于電流進(jìn)入火線（Line）而由中性線（Neutral）流出，反之亦然。
圖7為一個(gè)單相AC電源濾波器范例，此濾波器普遍用于降低進(jìn)出電源供應(yīng)器的共模雜訊及差模雜訊。我們把圖7濾波器分成幾個(gè)方塊來幫助說明所有的功能。方塊A及B有同樣功能，但一是為了輸入雜訊，一為了輸出雜訊。
附注 : Section A 及Section B兩方塊進(jìn)行同一作用。不同的是一為防止雜訊進(jìn)入設(shè)備，而另一為防止雜訊離開此設(shè)備。
圖6：差模雜訊
圖7：AC電源線主濾波器
方塊介紹
■Section A:
電感L1/L2及電容C1形成一個(gè)差模濾波器，防止雜訊進(jìn)入電源供應(yīng)器。差模雜訊的產(chǎn)生，是由于電流流入火線（或中性線）而由中性線（或火線）流出。L1及C1或L2及C1構(gòu)成一個(gè)分壓電路，針對(duì)于雜訊的頻率，電容器為低阻抗（高負(fù)載） ，因此可降低電力線雜訊。舉例說明，在某一特定頻率，L1的阻抗10K，而C1的阻抗1K，雜訊通過濾波器強(qiáng)度只剩下原本十分之一或減少20dB。
■Section B:
電容C2和C3形成一個(gè)對(duì)地的共模濾波器，共模雜訊是一流經(jīng)火線（Line）及中性線（Neutral）導(dǎo)線，而藉安全接地流回的同相電流，因而產(chǎn)生火線（Line）或中性線（Neutral）對(duì)地電壓，C2、C3、C4及C5等容值，任何在這些導(dǎo)線之共模雜訊皆將被引導(dǎo)到地。
附注 :醫(yī)療設(shè)備因漏電流關(guān)系不采用Section B的電路。
■Section C:
圖7 Section C為無參考點(diǎn)之Zorro電感（共模電感）。利用繞線圈方向使其產(chǎn)生之電流互為反向，因此任何雜訊可互相抵消。因共模電流產(chǎn)生之磁通是累積的，產(chǎn)生阻抗，可減低在線雜訊。但差模電流流向相反，因差模電流產(chǎn)生之磁通會(huì)相互抵消，因此其阻抗不會(huì)發(fā)生任何影響。
附注：電容C1和C6為X電容用于減低差模雜訊，且能耐主電壓. X電容容值。通常從0.1uF至2uF. C2至C5電容為Y電容，用于對(duì)付共模雜訊且不因損壞后而變短路。(因此比X電容貴，Y電容值較小通常在0.02uF至0.1uF之間。)
AC電源線濾波器之設(shè)計(jì)范例 （返馳式交流轉(zhuǎn)直流轉(zhuǎn)換器）
■設(shè)計(jì)要求：
變壓器圈數(shù)比＝10
輸出阻抗（Zs）＝10Ω (負(fù)載阻抗，最大輸出功率之最惡劣條件)
雜訊降低要求20KHz ＝ 35dB
為未知之頻率突波預(yù)留之額外空間＝6dB
交流頻率（F1）=60Hz
開關(guān)頻率（Fs）=100KHz
首先要知道輸出負(fù)載阻抗，以決定濾波器的值。由輸出阻抗，根據(jù)等式1導(dǎo)出一次側(cè)的阻抗。
Zp：＝a2·Zs─（等式1）
Zp：＝1×103
Zp ＝一次側(cè)阻抗
Zs ＝二次側(cè)阻抗
a ＝變壓器圈數(shù)比
在輸入端，濾波器設(shè)計(jì)了使輸入端與負(fù)載端通透，其截止頻率要十倍于輸入的電源頻率，也就是說不可以小于600Hz。若要求在20KHz頻率，雜訊減少41Db（35dB加上6dB的預(yù)留空間）。設(shè)計(jì)工程師可以把20KHz除2，而相對(duì)應(yīng)的dB值為41dB減掉12dB （如表格1所示）。開始先采用單電感來看是否達(dá)到我們的要求。如果不能，就需要串聯(lián)第二個(gè)電感。單電感設(shè)計(jì)可讓每八度降12dB或每十倍頻率降40dB。如表1所示，單一電感即足以達(dá)到我們的要求。截止頻率為1.25KHz（大于600Hz底限）。
若已知截止頻率，可由等式2得出電感值。
L ＝ Zp/（2π·Fo）─（等式2）
L ＝ 0.127H
其中
L ＝ 差動(dòng)電感
Zp ＝ 一次側(cè)阻抗（從二次側(cè)反射過來）
Fo ＝ 表格1之截止頻率
由等式3，則可以決定差動(dòng)電容的值，來完成Section A差模濾波器的設(shè)計(jì)。
Zp ＝ （L/Cd）1/2 ─(等式3)
Cd＝6.366×10-9 F
其中
L ＝差動(dòng)電感
Zp ＝一次側(cè)阻抗（從二次側(cè)反射過來）
為了平衡濾波，在line及neutral即火線及中性在線各有一個(gè)電感。如此，我們可把求出的值除以2，得到64mH。若感值太大，可使用二顆電感來設(shè)計(jì)以降低電感尺寸。而使用多電感設(shè)計(jì)不但可降低電感的尺寸，并因Ｑ值變小，振蕩的機(jī)會(huì)也會(huì)變小。
表格２顯示在濾波器中多加一顆電感，讓每八度下降24dB，利用等式4及5導(dǎo)出新的感值及容值。
Lnew ＝ Zp/（2π·Fnew ）─（等式4）
Lnew ＝0.032H
其中
Lnew ＝新差動(dòng)電感.
Zp ＝一次側(cè)阻抗（從二次側(cè)反射過來）
Fnew ＝表格2截止頻率
再一次，為了平衡濾波，導(dǎo)出之感值除以2，得到16mH。
Cdnew ＝Lnew /Zp2 ─（等式5）
Cdnew ＝3.183×10-8F
其中
Lnew ＝ 新的差動(dòng)電感.
Zp ＝一次側(cè)阻抗（從二次側(cè)反射過來）
現(xiàn)在剩下共模Zorro電感的值要求，方法如同上感值求法，除了把截止頻率由Fo改為PWM開關(guān)頻率及相同的衰喊dB值，同差模濾波需二個(gè)電感，二個(gè)Zorro電感也需使用于共模濾波器上。
利用等式6及7，可求出Zorro電感（Lzooro）及Zorro電容值。
Lzooro ＝ Zp/（2π·Foz）─（等式6）
Lzooro ＝ 6.366×10-3 H
其中
Lzooro ＝共模電感
Zp ＝一次側(cè)阻抗（從二次側(cè)反射回來）
Foz＝表2截止頻率
Czooro ＝Lzooro/Zp2 ─（等式7）
Czooro＝6.366×10-9 F
其中
Lzooro ＝共模電感
Zp ＝一次側(cè)阻抗（從二次側(cè)反射過來）
最后設(shè)計(jì)如圖８
圖8：完成之濾波器
如在高頻雜訊有問題，可加一個(gè)鐵粉芯（鐵粉芯在低頻時(shí)，可視為一電阻（50至200Ω），在高頻（30MHz）時(shí)則為電感）。如果在差模方面有問題時(shí)，增加一些Lnew 感值，或使用質(zhì)量較好的Cdnew電容，因?yàn)橛锌赡茉谟袉栴}的頻率上有太大的漏電流。若為了對(duì)抗共模雜訊問題，則是增加Lzooro感值。
如何降低電源轉(zhuǎn)換時(shí)內(nèi)外部雜訊
在交流轉(zhuǎn)直流之電源供應(yīng)器上有3個(gè)產(chǎn)生雜訊的區(qū)域：
1.在進(jìn)入電源供應(yīng)器的主電源，永遠(yuǎn)存在著雜訊（共模及差模）
2.電源供應(yīng)器的開關(guān)頻率（共模雜訊）
3.快速開關(guān)時(shí)的上升及下降緣及MOSFET關(guān)閉時(shí)所產(chǎn)生的ring
■AC主電源
對(duì)雜訊比較大的主電源線，用AC電源濾波器。此濾波器要盡量靠近AC電源線，進(jìn)入PCB板的位置，見圖９。且下地要離一次側(cè)的大地愈近愈好，并盡量多打貫孔（VIA）。要減少共模及差模雜訊進(jìn)出設(shè)計(jì)之單體，需要使用AC電源線濾波器。
圖9：共模濾波器之連接到接地平面
■電源供應(yīng)器的開關(guān)頻率
像系統(tǒng)時(shí)鐘，許多電源供應(yīng)器有脈寬調(diào)節(jié)元件（PWM），用一個(gè)頻率切換來控制輸出電壓。因此如系統(tǒng)時(shí)鐘，需小心其布局，PWM控制器也要小心考慮其布局。
在返馳式，順向式或用其它架構(gòu)設(shè)計(jì)變壓器，要確定從一次側(cè)的線圈繞組到主開關(guān)MOSFET（無論外置或內(nèi)置）的泄極（Drain）的走線要盡可能粗且短，見圖10。這可降低走在線的電感，來使ringing最小。而對(duì)MOSFET及PWM控制器而言，則需要足夠的接地孔及接地，需有與走線平行的地，來充當(dāng)電流回路（如雜散電容不會(huì)有問題）。如果仍有問題存在，可如圖10般，移除位于MOSFET到變壓器走線下的地，使MOSFET泄極之電容達(dá)到最小。當(dāng)MOSFET開關(guān)時(shí)，電流流經(jīng)地對(duì)其雜散電容充放電，若圖10斜線部分之接地平面未移除時(shí)，額外之電流將流經(jīng)地造成更多的共模傳導(dǎo)雜訊。
圖10：如何減少M(fèi)OSFET泄極端之雜散電容
做為開開模式的MOSFET之源極，必須確實(shí)連接到一次側(cè)的接近平面。要達(dá)到此目標(biāo)，可使用大的源極終端平面，以可容納足夠的接地孔。（取決工作電流大小）以連接到接地平面。如圖11。
圖11：利用足夠大的接地平面及足夠數(shù)目的貫孔連接內(nèi)建MOSFET的源極
■快速開關(guān)時(shí)的上升、下降緣及Ringing
圖12所示為電阻、電容及二極管（RDC）線路（R1,C1及D1）。其目的有二：首先，C1可減緩當(dāng)Q1關(guān)閉時(shí)泄極電壓的爬升速度（平緩以減低輻射電磁干擾）。其次，可保持輸入電壓在2Vcc以下而不會(huì)超過MOSFET的崩潰電壓。選擇夠大的C1電容，使泄極上升電壓及下降電流交點(diǎn)，降低使晶體的熱消耗大大減少。R2及C2線路對(duì)減少當(dāng)MOSFET回到輸入電壓準(zhǔn)位時(shí)，所產(chǎn)生的一次側(cè)ringing也很重要。如圖13及圖14所示。
圖12：RCD Snubber及RC ringing電路
由以下步驟來決定C2及R2的值:
1.根據(jù)ringing的頻率來決定周期
2.由步驟１之周期乘以５
3.設(shè)定電阻值（通常低于100）
4.步驟3之得值除以步驟2之得值
圖13：無R2，C2之一次側(cè)電壓波形
圖14：加R2，C2 之一次側(cè)電壓波形
附注：C2及R2電路之好處為可降低如圖11之ringing。但壞處為高頻紋波流經(jīng)C2在R2產(chǎn)生熱消耗，若減低雜訊重于效率，則此線路可減少雜訊,但也減低效率。
印刷電路板之準(zhǔn)則：
1.正確適當(dāng)擺放零件之位置及方向
2.若使用散熱片，確實(shí)接地
3.必要時(shí)需隔離零件
4.共模電容應(yīng)選用低等效電阻(ESR)且維持短的接地接
5.若使用跨在變壓器之Snubber電路，以減緩MOSFET在關(guān)閉時(shí)之電壓上升速度時(shí)，確定到MOSFET及變壓器的走線要短。如可以，把Snubber電路置于電壓器二之間。
6.避免在電源平面與接地平面間有狹槽
7.在50MHz頻率以下，傳去耦合方法是有效的。使用一至二顆去耦合電容(通常為0.1或0.01uF)置于靠近IC電源及接地腳位，必須考慮到IC及電容間所形成之回路面積要最小。
8.接地要夠短、夠厚及夠大
9.避免走線或平面有銳角
10.把會(huì)產(chǎn)生雜訊的零件放在一起，若要屏壁時(shí),可較容易達(dá)到
11.若有可能時(shí)，使用多層印刷電路板
處理醫(yī)療設(shè)備的安全性
共模雜訊對(duì)較靈敏的設(shè)備，例如醫(yī)療設(shè)備是一個(gè)問題。若儀器會(huì)與病人接觸，則漏電流必須限制在100uA以下。這意謂著，大部分的電源供應(yīng)器的設(shè)計(jì)工程師，會(huì)限制漏電流在20u 到40uA之間。為了達(dá)到此以嚴(yán)苛要求，不會(huì)使用接到地的共模濾波電容，而是使共模電感及feed through電容(高頻雜訊被導(dǎo)引到機(jī)殼的地而不是信號(hào)地)，及增加一個(gè)變壓器或隔離進(jìn)入電源供應(yīng)器的電力線，以降低共模傳導(dǎo)干擾脈沖。安規(guī):IEC950/UL1950 Class II即用于規(guī)范醫(yī)療設(shè)備。
結(jié)論
目前EMC是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的一個(gè)重要階段，而未來會(huì)更加嚴(yán)格。我們必須注意到當(dāng)開關(guān)動(dòng)作發(fā)生時(shí)，無論輻射或傳導(dǎo)雜訊也跟著發(fā)生。本文提到的為關(guān)于PCB板層級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)之技術(shù)，如果要降低更多輻射方面的雜訊時(shí)，使用導(dǎo)電性材質(zhì)的封閉外殼，來阻絕輻射源亦為另一種方式。但天下沒有白吃的午餐，為符合規(guī)范及安全規(guī)定增加成本是不可避免的。
本文會(huì)提到EMC對(duì)輻射干擾及傳導(dǎo)干擾之規(guī)范，包括共模雜訊及差模雜訊。如何利用主電源濾波器來克服此兩種雜訊，亦將有例子說明。這些雜訊可能存在于電力線，也可能由內(nèi)部開關(guān)元件產(chǎn)生。
EMC規(guī)范
我們必須了解EMC規(guī)范，才可設(shè)計(jì)符合EMC的產(chǎn)品。在北美及歐洲，不特別要求電源模塊必須符合規(guī)定，但是電源系統(tǒng)要符合其規(guī)范。
國(guó)際電子技術(shù)委員會(huì)（Internal Electrotechnical Commission – IEC）負(fù)責(zé)制定歐洲的規(guī)范。CISPR（Comite International Special des Perturbations Radioelectriques）國(guó)際無線電干擾特別委員會(huì)之CISPR22 定義最嚴(yán)格的輻射干擾限制，EN55022（圖1）及EN55011（圖2）說明這些限制。而在圖1及圖2的class A及Class B是分別針對(duì)于工業(yè)及本國(guó)產(chǎn)品的要求。依照偵測(cè)雜訊天線形式的不同，歐洲有兩個(gè)上限。其中準(zhǔn)峰值天線（Quasi-peak）的上限準(zhǔn)位較高，而均值天線則是較低值的上限準(zhǔn)位，但是每一裝置都必須通過此兩種測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)才得以符合規(guī)定。
北美使用FCC標(biāo)準(zhǔn)，類似于歐洲的EN要求，兩個(gè)量測(cè)電源供應(yīng)器的標(biāo)準(zhǔn)為EN55011及EN55022。圖3及圖4分別表示EN55011及FCC part15 subpartB （北美）輻射干擾準(zhǔn)位。
在北美，根據(jù)FCC規(guī)定，輻射電磁干擾最常量測(cè)的頻率范圍從30MHz至10GHz，而傳導(dǎo)干擾最常量測(cè)的頻率范圍從幾KHz至30MHz。
圖1：EN 55022 傳導(dǎo)干擾準(zhǔn)位
圖2：EN 55011/FCC Part15 Subpart B 傳導(dǎo)干擾準(zhǔn)位。2004年5月23日后，F(xiàn)CC Part15 Subpart B 與EN55011的傳導(dǎo)干擾準(zhǔn)位一致。
圖3：EN 55011 輻射干擾準(zhǔn)位
圖4：FCC Part 15 Subpart B 輻射干擾準(zhǔn)位
共模雜訊（Common mode）及差模雜訊（Differential mode）
兩個(gè)主要雜訊來源：一為共模雜訊，一為差模雜訊。共模雜訊（見圖5）來自共模電流。在單相電力系統(tǒng)應(yīng)用中，其能量對(duì)兩條電力線是共同的，能量在導(dǎo)在線傳導(dǎo)為同向，以地為參考點(diǎn)。因?yàn)樵谕粫r(shí)間，在兩條電力在線有一樣的能量大小，而無法用任何元件跨在這兩條電力線間來作衰減。共模電流產(chǎn)生的共模雜訊，永遠(yuǎn)存在于進(jìn)入設(shè)備的電源在線。因此我們可在原型機(jī)種設(shè)計(jì)階段，于測(cè)試是否符合EMC前，量測(cè)電源線以盡量降低電流。因?yàn)樵诖蟛糠萸闆r，共模電流無法接受，則輻射干擾測(cè)試亦將失敗。共模電流可使用250MHz頻率范圍的高頻電流探棒及頻譜分析儀來量測(cè)。
圖5：共模雜訊
差模雜訊（見圖6）與共模雜訊相反。其產(chǎn)生是由于電流進(jìn)入火線（Line）而由中性線（Neutral）流出，反之亦然。
圖7為一個(gè)單相AC電源濾波器范例，此濾波器普遍用于降低進(jìn)出電源供應(yīng)器的共模雜訊及差模雜訊。我們把圖7濾波器分成幾個(gè)方塊來幫助說明所有的功能。方塊A及B有同樣功能，但一是為了輸入雜訊，一為了輸出雜訊。
附注 : Section A 及Section B兩方塊進(jìn)行同一作用。不同的是一為防止雜訊進(jìn)入設(shè)備，而另一為防止雜訊離開此設(shè)備。
圖6：差模雜訊
圖7：AC電源線主濾波器
方塊介紹
■Section A:
電感L1/L2及電容C1形成一個(gè)差模濾波器，防止雜訊進(jìn)入電源供應(yīng)器。差模雜訊的產(chǎn)生，是由于電流流入火線（或中性線）而由中性線（或火線）流出。L1及C1或L2及C1構(gòu)成一個(gè)分壓電路，針對(duì)于雜訊的頻率，電容器為低阻抗（高負(fù)載） ，因此可降低電力線雜訊。舉例說明，在某一特定頻率，L1的阻抗10K，而C1的阻抗1K，雜訊通過濾波器強(qiáng)度只剩下原本十分之一或減少20dB。
■Section B:
電容C2和C3形成一個(gè)對(duì)地的共模濾波器，共模雜訊是一流經(jīng)火線（Line）及中性線（Neutral）導(dǎo)線，而藉安全接地流回的同相電流，因而產(chǎn)生火線（Line）或中性線（Neutral）對(duì)地電壓，C2、C3、C4及C5等容值，任何在這些導(dǎo)線之共模雜訊皆將被引導(dǎo)到地。
附注 :醫(yī)療設(shè)備因漏電流關(guān)系不采用Section B的電路。
■Section C:
圖7 Section C為無參考點(diǎn)之Zorro電感（共模電感）。利用繞線圈方向使其產(chǎn)生之電流互為反向，因此任何雜訊可互相抵消。因共模電流產(chǎn)生之磁通是累積的，產(chǎn)生阻抗，可減低在線雜訊。但差模電流流向相反，因差模電流產(chǎn)生之磁通會(huì)相互抵消，因此其阻抗不會(huì)發(fā)生任何影響。
附注：電容C1和C6為X電容用于減低差模雜訊，且能耐主電壓. X電容容值。通常從0.1uF至2uF. C2至C5電容為Y電容，用于對(duì)付共模雜訊且不因損壞后而變短路。(因此比X電容貴，Y電容值較小通常在0.02uF至0.1uF之間。)
AC電源線濾波器之設(shè)計(jì)范例 （返馳式交流轉(zhuǎn)直流轉(zhuǎn)換器）
■設(shè)計(jì)要求：
變壓器圈數(shù)比＝10
輸出阻抗（Zs）＝10Ω (負(fù)載阻抗，最大輸出功率之最惡劣條件)
雜訊降低要求20KHz ＝ 35dB
為未知之頻率突波預(yù)留之額外空間＝6dB
交流頻率（F1）=60Hz
開關(guān)頻率（Fs）=100KHz
首先要知道輸出負(fù)載阻抗，以決定濾波器的值。由輸出阻抗，根據(jù)等式1導(dǎo)出一次側(cè)的阻抗。
Zp：＝a2·Zs─（等式1）
Zp：＝1×103
Zp ＝一次側(cè)阻抗
Zs ＝二次側(cè)阻抗
a ＝變壓器圈數(shù)比
在輸入端，濾波器設(shè)計(jì)了使輸入端與負(fù)載端通透，其截止頻率要十倍于輸入的電源頻率，也就是說不可以小于600Hz。若要求在20KHz頻率，雜訊減少41Db（35dB加上6dB的預(yù)留空間）。設(shè)計(jì)工程師可以把20KHz除2，而相對(duì)應(yīng)的dB值為41dB減掉12dB （如表格1所示）。開始先采用單電感來看是否達(dá)到我們的要求。如果不能，就需要串聯(lián)第二個(gè)電感。單電感設(shè)計(jì)可讓每八度降12dB或每十倍頻率降40dB。如表1所示，單一電感即足以達(dá)到我們的要求。截止頻率為1.25KHz（大于600Hz底限）。
若已知截止頻率，可由等式2得出電感值。
L ＝ Zp/（2π·Fo）─（等式2）
L ＝ 0.127H
其中
L ＝ 差動(dòng)電感
Zp ＝ 一次側(cè)阻抗（從二次側(cè)反射過來）
Fo ＝ 表格1之截止頻率
由等式3，則可以決定差動(dòng)電容的值，來完成Section A差模濾波器的設(shè)計(jì)。
Zp ＝ （L/Cd）1/2 ─(等式3)
Cd＝6.366×10-9 F
其中
L ＝差動(dòng)電感
Zp ＝一次側(cè)阻抗（從二次側(cè)反射過來）
為了平衡濾波，在line及neutral即火線及中性在線各有一個(gè)電感。如此，我們可把求出的值除以2，得到64mH。若感值太大，可使用二顆電感來設(shè)計(jì)以降低電感尺寸。而使用多電感設(shè)計(jì)不但可降低電感的尺寸，并因Ｑ值變小，振蕩的機(jī)會(huì)也會(huì)變小。
表格２顯示在濾波器中多加一顆電感，讓每八度下降24dB，利用等式4及5導(dǎo)出新的感值及容值。
Lnew ＝ Zp/（2π·Fnew ）─（等式4）
Lnew ＝0.032H
其中
Lnew ＝新差動(dòng)電感.
Zp ＝一次側(cè)阻抗（從二次側(cè)反射過來）
Fnew ＝表格2截止頻率
再一次，為了平衡濾波，導(dǎo)出之感值除以2，得到16mH。
Cdnew ＝Lnew /Zp2 ─（等式5）
Cdnew ＝3.183×10-8F
其中
Lnew ＝ 新的差動(dòng)電感.
Zp ＝一次側(cè)阻抗（從二次側(cè)反射過來）
現(xiàn)在剩下共模Zorro電感的值要求，方法如同上感值求法，除了把截止頻率由Fo改為PWM開關(guān)頻率及相同的衰喊dB值，同差模濾波需二個(gè)電感，二個(gè)Zorro電感也需使用于共模濾波器上。
利用等式6及7，可求出Zorro電感（Lzooro）及Zorro電容值。
Lzooro ＝ Zp/（2π·Foz）─（等式6）
Lzooro ＝ 6.366×10-3 H
其中
Lzooro ＝共模電感
Zp ＝一次側(cè)阻抗（從二次側(cè)反射回來）
Foz＝表2截止頻率
Czooro ＝Lzooro/Zp2 ─（等式7）
Czooro＝6.366×10-9 F
其中
Lzooro ＝共模電感
Zp ＝一次側(cè)阻抗（從二次側(cè)反射過來）
最后設(shè)計(jì)如圖８
圖8：完成之濾波器
如在高頻雜訊有問題，可加一個(gè)鐵粉芯（鐵粉芯在低頻時(shí)，可視為一電阻（50至200Ω），在高頻（30MHz）時(shí)則為電感）。如果在差模方面有問題時(shí)，增加一些Lnew 感值，或使用質(zhì)量較好的Cdnew電容，因?yàn)橛锌赡茉谟袉栴}的頻率上有太大的漏電流。若為了對(duì)抗共模雜訊問題，則是增加Lzooro感值。
如何降低電源轉(zhuǎn)換時(shí)內(nèi)外部雜訊
在交流轉(zhuǎn)直流之電源供應(yīng)器上有3個(gè)產(chǎn)生雜訊的區(qū)域：
1.在進(jìn)入電源供應(yīng)器的主電源，永遠(yuǎn)存在著雜訊（共模及差模）
2.電源供應(yīng)器的開關(guān)頻率（共模雜訊）
3.快速開關(guān)時(shí)的上升及下降緣及MOSFET關(guān)閉時(shí)所產(chǎn)生的ring
■AC主電源
對(duì)雜訊比較大的主電源線，用AC電源濾波器。此濾波器要盡量靠近AC電源線，進(jìn)入PCB板的位置，見圖９。且下地要離一次側(cè)的大地愈近愈好，并盡量多打貫孔（VIA）。要減少共模及差模雜訊進(jìn)出設(shè)計(jì)之單體，需要使用AC電源線濾波器。
圖9：共模濾波器之連接到接地平面
■電源供應(yīng)器的開關(guān)頻率
像系統(tǒng)時(shí)鐘，許多電源供應(yīng)器有脈寬調(diào)節(jié)元件（PWM），用一個(gè)頻率切換來控制輸出電壓。因此如系統(tǒng)時(shí)鐘，需小心其布局，PWM控制器也要小心考慮其布局。
在返馳式，順向式或用其它架構(gòu)設(shè)計(jì)變壓器，要確定從一次側(cè)的線圈繞組到主開關(guān)MOSFET（無論外置或內(nèi)置）的泄極（Drain）的走線要盡可能粗且短，見圖10。這可降低走在線的電感，來使ringing最小。而對(duì)MOSFET及PWM控制器而言，則需要足夠的接地孔及接地，需有與走線平行的地，來充當(dāng)電流回路（如雜散電容不會(huì)有問題）。如果仍有問題存在，可如圖10般，移除位于MOSFET到變壓器走線下的地，使MOSFET泄極之電容達(dá)到最小。當(dāng)MOSFET開關(guān)時(shí)，電流流經(jīng)地對(duì)其雜散電容充放電，若圖10斜線部分之接地平面未移除時(shí)，額外之電流將流經(jīng)地造成更多的共模傳導(dǎo)雜訊。
圖10：如何減少M(fèi)OSFET泄極端之雜散電容
做為開開模式的MOSFET之源極，必須確實(shí)連接到一次側(cè)的接近平面。要達(dá)到此目標(biāo)，可使用大的源極終端平面，以可容納足夠的接地孔。（取決工作電流大小）以連接到接地平面。如圖11。
圖11：利用足夠大的接地平面及足夠數(shù)目的貫孔連接內(nèi)建MOSFET的源極
■快速開關(guān)時(shí)的上升、下降緣及Ringing
圖12所示為電阻、電容及二極管（RDC）線路（R1,C1及D1）。其目的有二：首先，C1可減緩當(dāng)Q1關(guān)閉時(shí)泄極電壓的爬升速度（平緩以減低輻射電磁干擾）。其次，可保持輸入電壓在2Vcc以下而不會(huì)超過MOSFET的崩潰電壓。選擇夠大的C1電容，使泄極上升電壓及下降電流交點(diǎn)，降低使晶體的熱消耗大大減少。R2及C2線路對(duì)減少當(dāng)MOSFET回到輸入電壓準(zhǔn)位時(shí)，所產(chǎn)生的一次側(cè)ringing也很重要。如圖13及圖14所示。
圖12：RCD Snubber及RC ringing電路
由以下步驟來決定C2及R2的值:
1.根據(jù)ringing的頻率來決定周期
2.由步驟１之周期乘以５
3.設(shè)定電阻值（通常低于100）
4.步驟3之得值除以步驟2之得值
圖13：無R2，C2之一次側(cè)電壓波形
圖14：加R2，C2 之一次側(cè)電壓波形
附注：C2及R2電路之好處為可降低如圖11之ringing。但壞處為高頻紋波流經(jīng)C2在R2產(chǎn)生熱消耗，若減低雜訊重于效率，則此線路可減少雜訊,但也減低效率。
印刷電路板之準(zhǔn)則：
1.正確適當(dāng)擺放零件之位置及方向
2.若使用散熱片，確實(shí)接地
3.必要時(shí)需隔離零件
4.共模電容應(yīng)選用低等效電阻(ESR)且維持短的接地接
5.若使用跨在變壓器之Snubber電路，以減緩MOSFET在關(guān)閉時(shí)之電壓上升速度時(shí)，確定到MOSFET及變壓器的走線要短。如可以，把Snubber電路置于電壓器二之間。
6.避免在電源平面與接地平面間有狹槽
7.在50MHz頻率以下，傳去耦合方法是有效的。使用一至二顆去耦合電容(通常為0.1或0.01uF)置于靠近IC電源及接地腳位，必須考慮到IC及電容間所形成之回路面積要最小。
8.接地要夠短、夠厚及夠大
9.避免走線或平面有銳角
10.把會(huì)產(chǎn)生雜訊的零件放在一起，若要屏壁時(shí),可較容易達(dá)到
11.若有可能時(shí)，使用多層印刷電路板
處理醫(yī)療設(shè)備的安全性
共模雜訊對(duì)較靈敏的設(shè)備，例如醫(yī)療設(shè)備是一個(gè)問題。若儀器會(huì)與病人接觸，則漏電流必須限制在100uA以下。這意謂著，大部分的電源供應(yīng)器的設(shè)計(jì)工程師，會(huì)限制漏電流在20u 到40uA之間。為了達(dá)到此以嚴(yán)苛要求，不會(huì)使用接到地的共模濾波電容，而是使共模電感及feed through電容(高頻雜訊被導(dǎo)引到機(jī)殼的地而不是信號(hào)地)，及增加一個(gè)變壓器或隔離進(jìn)入電源供應(yīng)器的電力線，以降低共模傳導(dǎo)干擾脈沖。安規(guī):IEC950/UL1950 Class II即用于規(guī)范醫(yī)療設(shè)備。
結(jié)論
目前EMC是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的一個(gè)重要階段，而未來會(huì)更加嚴(yán)格。我們必須注意到當(dāng)開關(guān)動(dòng)作發(fā)生時(shí)，無論輻射或傳導(dǎo)雜訊也跟著發(fā)生。本文提到的為關(guān)于PCB板層級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)之技術(shù)，如果要降低更多輻射方面的雜訊時(shí)，使用導(dǎo)電性材質(zhì)的封閉外殼，來阻絕輻射源亦為另一種方式。但天下沒有白吃的午餐，為符合規(guī)范及安全規(guī)定增加成本是不可避免的。
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