EMI建議線路_輻射

電子產品必須滿足相對應的電磁兼容(EMC)規範，其中包含了電磁耐受(EMS)與電磁干擾(EMI)兩大部分。意思是產品在設計的過程中，必須包含相對應的對策方式，無論是內建在產品內部，或者是需要外接零件。先前已有文章討論傳導的部分，本文主要討論如何抑制電磁干擾中的輻射部分。

1. 常見對策方式

大多數對策輻射的方式，除了確保零件在電路板上的佈局方式之外。最常見的，就是使用安規電容抑制雜訊。安規電容的接線方式為線對線以及線對地。如果安規電容失效，也不能對人體傷害，因此，安全性就十分重要。

所謂的安規電容指的是當電容失效後，不會導電，也不危害人身安全。安規電容包含X電容與Y電容。X電容是跨接在線對線之間，常用在交流輸入系統。Y電容是跨接在線對地或者是兩電力線之間，交流轉直流或直流轉直流應用都有使用。

表1為X以及Y電容種類

Y1的規格是雙重絕緣或加強絕緣。 Y2到Y4是基本絕緣或附加絕緣，差異在耐壓能力。直流對直流轉換器常使用Y1或Y2等級的安規電容。Y電容的容量通常不會超過0.1uF，主要的原因是避免輸入或輸出對地跨接時的漏電流過大。

 

常見的跨接電容接線方式有以下三種

• 跨接在正對正與負對負

將Y電容跨接在輸入正對輸出正以及輸入負對輸出負，是最常見的對策方式。主要的目的是將一次側的高頻切換雜訊，透過Y電容洩放到二次側，避免透過輸入線路輻射出去，降低輻射雜訊干擾。

• 跨接在正對負與負對正

將Y電容接在輸入正對輸出地或者是輸入地對輸出正，主要的目的也是將一次側的共模雜訊透過Y電容洩放到二次側。

• 跨接在輸入/出端與鋁基板

有鋁基板的轉換器，除了會在輸入對輸出端接跨接電容外，也會在輸入或輸出端對鋁基板接跨接電容，如圖3所示。

 

 

2. 實驗與測試

接下來使用DC/DC轉換器，並搭配圖1與2所提的接線方式，實際測試電磁干擾的輻射測試圖。

• 轉換器1:

輸入電壓: 24V

輸出電壓: 5V

輸出電流: 3A

操作頻率: 350kHz

圖4為未加Y電容的量測波形，從測試波形可以看出，主要的雜訊都在30~200MHz。

圖5(a)為使用方法1的接線方式，輸入端為PI濾波器，C1, C2為4.7uF (50V, 1206, MLCC), L1為4.7uH (TMPA0605S-4R7MN-D)。跨接電容Cy1, Cy2為1500pF。

圖5(b)為量測波形圖，與無外接的圖4比較，可以看到在30MHz到200MHz的訊號都有下降的趨勢。

圖6(a)為使用方法2的接線方式，輸入端為PI濾波器，C1, C2為4.7uF (50V, 1206, MLCC), L1為4.7uH (TMPA0605S-4R7MN-D)。跨接電容Cy1, Cy2為1500pF。

圖6(b)為量測波形圖，與無外接的圖4比較，可以看到在30MHz到200MHz的訊號有稍微下降的趨勢，但是與圖5(b)相比，效果比較差一些。

接下來使用具備鋁基板的DC/DC轉換器，並搭配圖1, 2與3所提的接線方式，實際測試電磁干擾的輻射測試圖。

• 轉換器2:

輸入電壓: 110V

輸出電壓: 12V

輸出電流: 5A

操作頻率: 250kHz

圖7為未加Y電容的量測波形，與轉換器1相同，大多數的雜訊都落在30~200MHz。

圖8(a)為使用方法1的接線方式，輸入端為PI濾波器，C1, C3為100uF (200V, E-cap), C2, C4 為0.68uF (200V, 1210, MLCC)，L1為10uH (GSTD1265PE-100M)。跨接電容Cy1, Cy2為1000pF。

圖8(b)為量測波形圖，與無外接的圖7比較，可以看到在30MHz到200MHz的訊號有稍微下降的趨勢，但是效果有限。

圖9(a)為方法2的接線方式，輸入端為PI濾波器，C1, C3為100uF (200V, E-cap), C2, C4 為0.68uF (200V, 1210, MLCC)，L1為10uH (GSTD1265PE-100M)。跨接電容Cy1, Cy2為1000pF。

圖9(b)為量測波形圖，與無外接的圖7比較，可以看到在30MHz到200MHz的訊號有稍微下降的趨勢，但是與圖8(b)類似，效果並不好。

圖10(a)為方法3的接線方式，輸入端為PI濾波器，C1, C3為100uF (200V, E-cap), C2, C4 為0.68uF (200V, 1210, MLCC)，L1為10uH (GSTD1265PE-100M)。跨接電容Cy1~Cy10為1000pF。

圖10(b)為量測波形圖，與無外接的圖7以及圖8與9比較，可以看到在30MHz到200MHz的訊號有大幅下降的現象。

從測試結果可以發現，方法1對於30MHz~200MHz雜訊抑制效果比方法2來的有效，而且方法1的PCB走線方式較方法2簡單。對於有鋁基板的轉換器，則適合使用方法1搭配方法3。

 

結論

抑制電力電子產品的電磁干擾，一直都是產品設計者的痛點，對於輻射干擾的部分，本文舉例三個常見的跨接電容接線方式，並實際測試分析抑制的效果以及使用的優缺點。使用者可以參考測試資料，調整最適合的對策方式。

 

 

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