噪聲模式取決于尺寸
傳導噪聲的測量在屏蔽室內進行。測量條件由“CISPR16-2”或“ANSI63-4”等標準規定。兩種標準中規定,屏蔽室的基準面與被測物體的距離要保持在0.4m,連接人工電源網絡和被測物體的電線長度為0.8m,被測物體設置在高0.8m的臺子上(圖5)。
圖5:傳導噪聲的測量在屏蔽室內進行
本圖為傳導噪聲的測量情形。該測量的屏蔽室內進行。具體的測量條件由“CISPR16-2”或“ANSI63-4”等規格規定。
此時,共模噪聲會通過屏蔽室內壁(金屬)與被測物體之間的分布電容流出。我們將這種情況模型化,然后利用電磁場模擬,分析了被測物體的尺寸與共模噪聲易流出性(共模阻抗)之間的關系。
我們通過電磁場模擬分析了尺寸各異的4種(5×5×5cm3,10×10×10cm3,20×20×20cm3,100×80×20cm3)對象物,分別計算出了通過人工電源網絡觀察被測物體時的阻抗(圖6)。
圖6:噪聲模式取決于產品尺寸
利用尺寸各異的4種對象物進行了電磁場解析模擬,計算出了從人工電源網絡觀察被測物體時的共模阻抗(a)。根據結果可知,形狀越大,屏蔽室基準面與被測物體的分布電容越大,共模路徑的阻抗就越低(b)。另外,頻率越高,共模阻抗越低(c)。
圖6的表中列出了1MHz下的共模阻抗以及將該阻抗換算成分布電容的值。
從利用電磁場模擬分析4種對象物的結果可知,形狀越大,屏蔽室內壁與被測物體之間的分布電容越大。也就是說,產品尺寸越大,共模路徑的阻抗越低,共模噪聲的電流越容易流動,該噪聲成分就越容易變大。
下篇將根據上述傳導電磁干擾噪聲的特點,介紹其對策。
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差模噪聲電流沿差動方向流動
傳導噪聲的對策分三種情況實施:①差模噪聲較大、共模噪聲較小時;②共模噪聲較大、差模噪聲較小時;③兩種噪聲都比較大時。
首先介紹一下①差模噪聲較大、共模噪聲較小時的對策。差模噪聲的電流在AC電源線上沿差動方向流動。因此,無法在普通的共模扼流圈上衰減。這是因為,共模扼流圈對于同相方向(共模)的電流會產生電感,但對于差動方向(差模)的電流幾乎不產生電感。
因此,作為差模噪聲的對策,一般采用差模扼流圈和接在AC電源線兩端的電容器(以下簡稱“X電容”)。通過這兩個部件,在被測物體內形成使流經AC電源線的差模噪聲電流返回噪聲源的路徑(圖7(a))。
圖7:利用差模扼流圈和X電容抑制電磁噪聲
為抑制差模噪聲,利用差模扼流圈和X電容,在產品內形成使流經AC電源線的差模噪聲電流返回噪聲源的路徑(a)。如果是共模噪聲,一般使用Y電容來抑制噪聲,不過在照明產品的電源電路中,其效果不充分。因此通過在Y電容上追加共模扼流圈或僅利用共模扼流圈來抑制共模噪聲(b)。
利用差模扼流圈能提高AC電源線的阻抗,使噪聲電流不易流動。然后在此基礎上,利用X電容降低AC電源線間的阻抗,使噪聲電流返回噪聲源。該方法可防止電磁噪聲傳導至產品以外。
扼流圈對策
接下來介紹②共模噪聲較大、差模噪聲較小時的噪聲抑制方法。在共模噪聲中,由于噪聲電流在AC電源線上沿同相方向(共模)流動,因此即使在AC電源線兩端接入X電容也沒有作用。利用電容抑制噪聲時,采用引導噪聲電流流向大地的電容器(以下簡稱“Y電容”,圖7(b))。
不過,一般情況下利用Y電容降低共模噪聲的效果不明顯。因此,需要有效利用扼流圈。為提高AC電源線的阻抗、減少共模噪聲電流,將電感值較高的共模扼流圈或差模扼流圈接入電源的一次側。共模扼流圈針對流向同相方向的噪聲電流能獲得大阻抗,因此適用于共模噪聲對策。
利用混合扼流圈抑制噪聲
③差模噪聲和共模噪聲均比較大時,需要針對各類型的噪聲分別采取對策,這樣會導致所需元件增加,是造成成本上升和阻礙小型化的因素。
這種情況下,同時擁有共模扼流圈和差模扼流圈兩種功能的“混合扼流圈”最為有效。
混合扼流圈與相同尺寸的共模扼流圈具備相同程度的共模阻抗,和更高的差模阻抗(圖8)?;旌隙罅魅€備有扁平形狀的品種,可根據產品尺寸選擇。
圖8:混合扼流圈具備較高的差模阻抗
混合扼流圈不但具備與相同尺寸的共模扼流圈相同程度的共模阻抗,還具有更高的差模阻抗。