臺灣博碩士論文加值系統

為提升電源供應器的功率密度，交換式電源供應器不斷提高切換頻率，但也導致系統電磁干擾的準位提升，造成電磁干擾增加。本論文係針對太陽能換流器在正常工作情況下，分別對換流器之輸入端及輸出端的電磁干擾雜訊進行抑制的研究，並以CISPR22 (Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques) Class B 作為電磁干擾抑制標準規範。本文以差模和共模分離技術，針對太陽能換流器的輸入與輸出端提出1-3級濾波器的分析與模擬，並提出設計策略。最後並將所設計的濾波器應用在500W太陽能換流器，分別設計出輸入端2級和輸出端3級濾波器，並探討2級和3級濾波器的雜訊衰減能力，以實驗觀察其雜訊抑制效果，其結果很接近與理想評估值且符合CISPR22 Class B。

To reduce the power density of the power supply, the switching frequency of switching power supply (SPS) is getting high, but also causes the increasing of electromagnetic interference (EMI). This thesis is to develop the EMI filters between the input and output of the PV inverter so as to suppress EMI noise complying with CISPR22 (Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques) ClassB suppression standards. In this study, differential-mode and common-mode separation techniques for suppressing EMI at input and output of the PV inverter are investigated. Three kinds of filter ladders of 1 to 3 are examined with analysis and simulation. Finally, a demonstrated prototype of 500W PV inverter with two-ladder filter at input and three-ladder filter at output is explored to verify the attenuation capability and noise suppression effect. The experimental results are close to the theoretical evaluation and comply with CISPR22 Class B.

目錄

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XIV

第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2研究動機與目的 1
1-3論文大綱及說明 2
第二章 傳導性電磁干擾雜訊原理說明及規範標準 3
2-1電磁干擾雜訊原理簡介 3
2-2電磁干擾雜訊種類分析 6
2-3國際電磁干擾規範簡介 7
第三章 交換式電源傳導型電磁干擾雜訊量測機制 12
3-1線性阻抗穩定網路工作原理 12
3-2電磁干擾雜訊分離方式簡介 14
第四章 太陽能換流器之工作原理 17
4-1太陽能發電系統簡介 17
4-2電壓源型電流控制換流器 21
4-3功率換流器 22
4-4 SPWM應用於全橋式換流器 24
第五章 太陽能換流器系統之電磁干擾濾波器原理分析 29
5-1輸出側濾波器之共模等效電路架構分析 29
5-2輸出側濾波器之差模等效電路架構分析 37
5-3輸入側濾波器之共模等效電路架構分析 47
5-4輸入側濾波器之差模等效電路架構分析 52
5-5換流器輸出側和輸入側的濾波器研製規劃流程 58
第六章 太陽能換流器之電磁干擾濾波器研製發法 59
6-1太陽能換流器輸出側濾波器之電路設計 59
6-2太陽能換流器輸入側濾波器之電路設計 62
第七章 太陽能換流器之電磁干擾實驗量測 63
7-1 太陽能換流器的傳導型電磁干擾量測之實驗架構 63
7-2 太陽能換流器輸出側之實驗量測結果 65
7-3太陽能換流器含輸出側濾波器之實驗量測結果 67
7-4輸出側含濾波器的抑制效果比較 75
7-5太陽能換流器輸入側之實驗量測結果 79
7-6太陽能換流器含輸入側濾波器之實驗量測結果 81
7-7輸入側含濾波器的抑制效果比較 86
第八章 結論及未來展望 89
8-1結論 89
8-2未來研究方向 89

參考文獻 90


圖目錄

圖2-1 傳導性電磁干擾測量設置圖 4
圖2-2 共模電流和差模電流之關係圖 5
圖2-3 共模雜訊的耦合路徑圖 6
圖2-4 差模雜訊的耦合路徑圖 7
圖2-5 FCC 傳導性電磁干擾傳導發射指標 9
圖2-6 VDE 傳導性電磁干擾傳導發射指標 10
圖2-7 CISPR22 傳導性電磁干擾傳導發射指標 11
圖3-1 LISN 電路圖 12
圖3-2 LISN 低頻等效電路圖 13
圖3-3 LISN 高頻等效電路圖 13
圖3-4 LISN 傳導雜訊量測圖 13
圖3-5 DMRN 的內部構造 14
圖3-6 DMRN 之差模電流路徑 15
圖3-7 DMRN 之共模電流路徑 15
圖3-8 雜訊分離器和頻譜儀分析儀等效阻抗 16
圖4-1 獨立型太陽能發電系統示意圖 17
圖4-2 併聯型太陽能發電系統示意圖 17
圖4-3 (a)電壓源型換流器與(b)電流源型換流器 20
圖4-4 電壓控制型換流器(a)與電流控制型換流器(b) 20
圖4-5 併聯系統之方塊圖 21
圖4-6 電壓源型電流控制換流器 21
圖4-7 單相半橋式換流器(a)與單相全橋式換流器(b) 22
圖4-8 Q1、Q4導通時的等效電路 23
圖4-9 Q2、Q3導通時的等效電路 23
圖4-10 正弦波控制訊號與三角波信號比較產生之控制訊號 24
圖4-11 SPWM雙極性切換各開關控制訊號 25
圖4-12 SPWM單極性切換圖 26
圖4-13 單極性切換各開關控制訊號(含高頻) 27
圖4-14 單極性切換各開關控制訊號(含低頻) 28
圖5-1 輸出側一級濾波器電路圖 29
圖5-2 輸出側一級濾波器之共模等效電路圖 29
圖5-3 輸出側理想一級共模等效電路之特性曲線及角度 30
圖5-4 輸出側理想一級共模等效電路之雜訊衰減程度 31
圖5-5 輸出側二級濾波器電路圖 31
圖5-6 輸出側二級濾波器之共模等效電路圖 32
圖5-7 輸出側理想二級共模等效電路之特性曲線及角度 33
圖5-8 輸出側理想二級共模等效電路之雜訊衰減程度 33
圖5-9 三級濾波器電路圖 34
圖5-10 輸出側三級濾波器之共模等效電路圖 34
圖5-11 輸出側理想三級共模等效電路之特性曲線及角度 36
圖5-12 輸出側理想三級共模等效電路之雜訊衰減程度 36
圖5-13 輸出側一級濾波器等效電路圖 37
圖5-14 輸出側一級濾波器之差模等效電路圖 37
圖5-15 輸出側理想一級差模等效電路之特性曲線及角度 39
圖5-16 輸出側理想一級差模等效電路之雜訊衰減程度 39
圖5-17 輸出側二級濾波器電路圖 40
圖5-18 輸出側二級濾波器之差模等效電路圖 40
圖5-19 輸出側理想二級差模等效電路之特性曲線及角度 42
圖5-20 輸出側理想二級差模等效電路之雜訊衰減程度 42
圖5-21 輸出側三級濾波器電路圖 43
圖5-22 輸出側三級濾波器之差模等效電路圖 43
圖5-23 輸出側理想三級差模等效電路之特性曲線及角度 46
圖5-24 輸出側理想三級差模等效電路之雜訊衰減程度 46
圖5-25 輸入側一級濾波器電路圖 47
圖5-26 輸入側一級濾波器之共模等效電路圖 47
圖5-27 輸入側理想一級共模等效電路之特性曲線及角度 48
圖5-28 輸入側理想一級共模等效電路之雜訊衰減程度 49
圖5-29 輸入側二級濾波器電路圖 49
圖5-30 輸入側二級濾波器之共模等效電路圖 50
圖5-31 輸入側理想二級共模等效電路之特性曲線及角度 51
圖5-32 輸入側理想二級共模等效電路之雜訊衰減程度 51
圖5-33 輸入側一級濾波器等效電路圖 52
圖5-34 輸入側一級濾波器之差模等效電路圖 52
圖5-35 輸入側理想一級差模等效電路之特性曲線及角度 54
圖5-36 輸入側理想一級差模等效電路之雜訊衰減程度 54
圖5-37 輸入側二級濾波器電路圖 55
圖5-38 輸入側二級濾波器之差模等效電路圖 55
圖5-39 輸入側理想二級差模等效電路之特性曲線及角度 57
圖5-40 輸入側理想二級差模等效電路之雜訊衰減程度 57
圖5-41 濾波器設計流程 58
圖6-1 共模電磁干擾之原始雜訊值 59
圖6-2 小於 3dB之限制值 60
圖6-3 原始共模雜訊的轉折頻率 61
圖7-1 太陽能換流器之電磁干擾量測實驗架構圖 63
圖7-2 傳導性電磁干擾量測實驗場地 64
圖7-3 輸出側原始總雜訊(L1) 65
圖7-4 輸出側原始總雜訊(L2) 66
圖7-5 輸出側原始共模雜訊 66
圖7-6 輸出側原始差模雜訊 66
圖7-7 太陽能換流器含輸出側濾波器之實驗量測架構 67
圖7-8 輸出側一級濾波器電路圖 68
圖7-9 輸出側加入1級濾波器後之總雜訊(L1) 68
圖7-10 輸出側加入1級濾波器後之總雜訊(L2) 69
圖7-11 輸出側加入1級濾波器後之共模雜訊 69
圖7-12 輸出側加入1級濾波器後之差模雜訊 69
圖7-13 輸出側二級濾波器電路圖 70
圖7-14 輸出側加入2級濾波器後之總雜訊(L1) 71
圖7-15 輸出側加入2級濾波器後之總雜訊(L2) 71
圖7-16 輸出側加入2級濾波器後之共模雜訊 71
圖7-17 輸出側加入2級濾波器後之共模雜訊 72
圖7-18 三級濾波器電路圖 72
圖7-19 輸出側加入3級濾波器後之總雜訊(L1) 73
圖7-20 輸出側加入3級濾波器後之總雜訊(L2) 74
圖7-21 輸出側加入3級濾波器後之共模雜訊 74
圖7-22 輸出側加入3級濾波器後之差模雜訊 74
圖7-23 換流器輸出側一級CM衰減率 75
圖7-24 換流器輸出側二級CM衰減率 76
圖7-25 換流器輸出側三級CM衰減率 76
圖7-26 換流器輸出側一級DM衰減率 77
圖7-27 換流器輸出側二級DM衰減率 77
圖7-28 換流器輸出側三級DM衰減率 78
圖7-29 太陽能換流器含輸入側濾波器之實驗量測架構 79
圖7-30 輸入側原始總雜訊(L1) 79
圖7-31 輸入側原始總雜訊(L2) 80
圖7-32 輸入側原始共模雜訊 80
圖7-33 輸入側原始差模雜訊 80
圖7-34 輸入側一級濾波器電路圖 81
圖7-35 輸入側加入1級濾波器後之總雜訊(L1) 82
圖7-36 輸入側加入1級濾波器後之總雜訊(L2) 82
圖7-37 輸入側加入1級濾波器後之共模雜訊 82
圖7-38 輸入側加入1級濾波器後之差模雜訊 83
圖7-39 輸入側二級濾波器電路圖 83
圖7-40 輸入側加入2級濾波器後之總雜訊(L1) 84
圖7-41 輸入側加入2級濾波器後之總雜訊(L2) 84
圖7-42 輸入側加入2級濾波器後之共模雜訊 85
圖7-43 輸入側加入2級濾波器後之差模雜訊 85
圖7-44 換流器輸入側一級CM衰減率 86
圖7-45 換流器輸入側二級CM衰減率 86
圖7-46 換流器輸入側一級DM衰減率 87
圖7-47 換流器輸入側二級DM衰減率 87


表目錄

表2-1 FCC 傳導性電磁干擾限制值 8
表2-2 VDE 傳導性電磁干擾限制值 9
表2-3 CISPR 傳導性電磁干擾限制值 10
表5-1 換流器輸出側2級等效共模濾波電路係數表 32
表5-2 換流器輸出側3級等效共模濾波電路係數表 35
表5-3 換流器輸出側1級等效差模濾波電路係數表 38
表5-4 換流器輸出側2級等效差模濾波電路係數表 41
表5-5 換流器輸出側3級等效差模濾波電路係數表 45
表5-6 換流器輸入側2級等效共模濾波電路係數表 50
表5-7 換流器輸入側1級等效差模濾波電路係數表 53
表5-8 換流器輸入側2級等效差模濾波電路係數表 56
表7-1 實驗詳細規格 64
表7-2 輸出側一級濾波器的各元件參數 68
表7-3 二級濾波器各元件參數 70
表7-4 三級濾波器各元件參數 73
表7-5 輸入側一級濾波器的各元件參數 81
表7-6 二級濾波器各元件參數

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