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研究生:王偉民
研究生(外文):Wei-Ming Wang
論文名稱:頻率調變抑制電磁干擾之研究
論文名稱(外文):Frequency Modulation Technique for EMI Suppression
指導教授:陳秋麟陳秋麟引用關係
指導教授(外文):Chern-Lin Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:電子工程學研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:72
中文關鍵詞:頻率調變返馳式電源供應器電磁干擾交換式電源
外文關鍵詞:EMIfrequency modulationflybackSMPSFMelectromagnetic interference
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本論文主要是探討利用頻率調變的技術,在交換式電源供應器上的應用,可對於電磁干擾產生抑制的作用。藉由數學的推導證明以及MATLAB數值分析軟體模擬頻率調變在頻帶上的影響。
最後實際作一個頻率調變的返馳式電源供應器作為實驗。根據實驗的結果,頻率調變技術可抑制電磁干擾。
In this thesis, the frequency modulation (FM) techniques for electromagnetic interference (EMI) suppression in switching mode power supply (SMPS) are studied. Effect of frequency modulation on frequency domain can be simulated by mathematical analysis and MATLAB. Finally, frequency modulation flyback SMPS is designed for experiment. According to the result of the experiment, Effect of FM technique can be used to reduce EMI emissions.
第一章 序論
1.1 研究背景與動機………………………………………………1
1.2 論文編排方式………………………………………………….2
第二章 傳導性電磁干擾簡介
2.1 電磁相容性……………………………………………. …….3
2.2 電磁干擾相關規範………. …………………………. …….5
2.3 傳導性電磁干擾的量測. …………………………. ……. ..9
第三章 頻率調變抑制電磁干擾
3.1 頻率調變………………………………………………………17
3.2 切換頻率相關之電磁干擾來源……………………………25
3.3 數學分析開關頻率調變…………………………………….31
第四章 實驗線路
4.1 規格參數制定…………………………………………………39
4.2 返馳式電源供應器設計…………………………………….41
4.3 頻率調變電路設計…………………………………………..49
第五章 實驗結果與討論
5.1 背景干擾與未加調變測量結果……………………………54
5.2 切換頻率調變測量結果…………………………………….57
5.3 Y電容實驗……………………………………………………65
5.4 輕載測量結果…………………………………………………67
第六章 結論與展望
6.1 結論…………………………………………………………….70
6.2 未來研究方向…………………………………………………71
圖目錄

圖2-1 電磁相容性問題各種型態............................................4
圖2-2 CISPR、FCC與VDE傳導性電磁干擾規範曲線.....8
圖2-3傳導電磁干擾的測試..............................................9
圖2-4 電源阻抗穩定網路的內部電路圖...........................10
圖2-5 電源阻抗穩定網路的內部簡化電路圖....................10
圖2-6 電源阻抗穩定網路的低頻等效電路圖....................11
圖2-7 電源阻抗穩定網路的高頻等效電路圖....................11
圖2-8 電源阻抗對頻率的曲線圖.....................................12
圖2-9 頻譜分析儀........................................................13
圖2-10 峰值檢波的工作原理...........................................14
圖2-11 半峰值檢波的工作原理........................................15
圖2-12 均值檢波器的工作原理........................................16
圖3-1 斜波函數作調變信號的頻率調變............................18
圖3-2 載波、訊號、頻率調變和相位調變的式意圖..........19
圖3-2(a) 訊號示意圖.......................................................19
圖3-2(b) 載波示意圖........................................................19
圖3-2(c) 相位調變示意圖.................................................19
圖3-2(d) 頻率調變示意圖.................................................19
圖3-3(a) 值等於1...................................................23
圖3-3(b) 值等於2...................................................23
圖3-3(c) 值等於4...................................................23
圖3-3(d) 值等於8...................................................23
圖3-4 卡森法則示意圖.....................................................24
圖3-5 交換式電源供應器的基本架構...................................25
圖3-6 方波在頻譜上的諧波.................................................26
圖3-7 二極體形成的電流突波..............................................27
圖3-8 返馳式轉換器等效線路與寄生元件模型...................27
圖3-9 返馳返馳式轉換器操作時脈...................................28
圖3-10 PWM函數.........................................................31
圖3-11(a) 週期方波的信號duty=50%...........................33
圖3-11(b) 週期方波的頻譜duty=50%...........................34
圖3-12(a) 週期方波的信號duty=30%...........................34
圖3-12(b) 週期方波的頻譜duty=30%...........................35
圖3-13 調變後的頻譜duty=50%.......................................35
圖3-14 調變後的頻譜duty=30%.......................................36
圖3-15 三角波對方波之頻率調變頻譜duty=50%................38
圖4-1 實驗架構.................................................................40
圖4-2 實驗線路.................................................................40
圖4-3 返馳式電源供應器連續導通模式電壓與電流波形.......43
圖4-4 邊界模式激磁電感電流.............................................44
圖4-5 不連續導通模式電壓與電流波形................................45
圖4-6 SG6848之內部電路方塊圖........................................47
圖4-7(a) 電流模式控制.................................................48
圖4-7(b) 電流模式控制電路之比較訊號...........................48
圖4-8 頻率調變電路...........................................................49
圖4-9 三角波產生器..........................................................50
圖4-10 三角波產生器操作波形圖.........................................51
圖4-11 史密特觸發器..........................................................51
圖4-12 調變出來之結果.......................................................52
圖4-13 三角波波峰時開關波形.............................................53
圖4-14 三角波波峰時開關波形.............................................53
圖5-1 10KHz到150KHz之頻段的環境干擾............................54
圖5-2 150KHz到30MHz之頻段的環境干擾............................55
圖5-3 10KHz到150KHz之無調變測量結果...........................56
圖5-4 150KHz到30MHz無調變測量結果..............................57
圖5-5 10KHz到150KHz頻率調變後的測量結果(三角波信號500Hz 等於8) ..................................................................57
圖5-6 150KHz到30MHz頻率調變後的測量結果(三角波信號500Hz 等於8) ..................................................................58
圖5-7 解析頻寬所產生之效應...............................................58
圖5-8 半峰值檢測對信號重複率產生加成效果......................59
圖5-9 10KHz到150KHz頻率調變後的測量結果(三角波信號1KHz 等於4) ....................................................................60
圖5-10 150KHz到30MHz頻率調變後的測量結果(三角波信號1KHz 等於4) ....................................................................61
圖5-11 10KHz到150KHz頻率調變後的測量結果(三角波信號250Hz 等於16) .................................................................62
圖5-12 150KHz到30MHz頻率調變後的測量結果(三角波信號250Hz 等於16) .................................................................63
圖5-13 10KHz到150KHz頻率調變後的測量結果(三角波信號250Hz 等於8) ...................................................................64
圖5-13 150KHz到30MHz頻率調變後的測量結果(三角波信號250Hz 等於8) ..................................................................64
圖5-14 初級與次級間的Y電容............................................65
圖5-15 10KHz到150KHz加Y電容無調變測量結果................66
圖5-16 150KHz到30MHz加Y電容無調變測量結果................66
圖5-17 10KHz到150KHz輕載測量結果................................67
圖5-18 150KHz到30MHz輕載測量結果................................68
圖5-19 10KHz到150KHz輕載加上頻率調變後的測量結果......68
圖5-20 150KHz到30MHz輕載加上頻率調變後的測量結果......69





















表目錄

表2-1 FCC 電磁干擾範圍.......................................................5
表2-2 VDE-0871 傳導性電磁干擾規範.....................................6
表2-3 CISPR傳導性電磁干擾規範...........................................7
[1] L. Yihanyi, ”Electromagnetic Compatibility in Power Electronics”, Butterworth
Heinemann, New York 1994
[2] CISPR 16-1 (8/1993), ”Specifications for Radio Disturbance and Immunity
Measuring Apparatus and Methods”, IEC Central Office Geneva, Switzerland
[3] S. Haykin, “Communication Systems” 3rd Edition John Willy & Sons, Inc. New
York, 1978
[4] T. Carter, "Switch mode power supplies: an EMI engineer''s point of view"
Southcon/94. Conference Record , 29-31 March 1994 pp. 295 – 300
[5] George C. Chryssis 著, 梁適安 譯, “高頻交換式電源供應器原理與設
計”,第二版, 全華科技圖書股份有限公司.
[6] K.K. Tse; H.S.-H. Chung; S.Y. Huo; H.C. So, ” Analysis and spectral
characteristics of a spread-spectrum technique for conducted EMI suppression”
Power Electronics, IEEE Transactions on , Vol: 15 , NO: 2 , March 2000,
pp. 399 – 410
[7] K.K. Tse; H.S.-H. Chung; S.Y. Huo; H.C. So, ” A comparative study of carrier
frequency modulation techniques for conducted EMI suppression in PWM
converters” Industrial Electronics, IEEE Transactions on , Vol: 49 , NO: 3 ,
June 2002 pp. 618 – 627
[8] F. Lin ; D. Y. Chen, “Reduction of Power Supply EMI Emission by Switching
Frequency Modulation”, Proc. of IEEE PESC, 1993, pp. 127-133.
[9] System General, “SG6848 Datasheet”
[10] System General, “SG6848 Application Note”
[11] E. L. Bronaugh, “The Quasi-Peak Detector” IEEE practical paper
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