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切换式电源供应器电磁兼容测量

2010-08-022450


Semi-anechoic chamber校正系数
当Semi-anechoic chamber兴建完成后,接着就是要求得chamber之chamber factor。Chamber factor是由chamber与OATS进行30MHz~200MHz附近的比较测试而求得〔10,11〕,其方法利用一参考发射器做为电场转换标准(field strength transfer standard),应用体积法(vooume method)〔5〕分别在OATS及chamber的转台位置取五点,在两个不同规定的高度位置放置发射器,由天线分别测量其垂直及水平极性方向的电场。

参考发射器的天线型式有双极及环状天线,两种天线均要做测试,参考发射器天线摆设的极性方向应与接收天线平行。每做一次固定天线极性方向比较的测试,就会产一组对应于各频率校正系数,将这几组校正系数绘制于同一图表,可由图表中发现各组校正系数随着频率变化而散布在一特定范围,这个范围最上面的包络线称为最差情况的chamber factor,而包络线的平均值则称平均chamber factor。将chamber factor加入所测得到等效OATS之测量值,若并不是所有体积法中所规定位置的天线极性方向均被测量,则依上法所求得数据称为校正系数。

基于实务上的考量,此733 semi-anechoic chamber若要采用体积法求得chamber factor有下列困难:
˙切换式电源供应器在OATS进行幅射性测量,是将其放置于80cm高转台桌上测试,其体积远小于体积法所含盖的体积。
˙设备供货商无法提供天线因子(antenna factor)、cable loss及参考发射源天线因子,虽然可自行校验求得,但是花费成本太高。
˙此semi-anechoic chamber不是以成为认证chamber为目的,仅是提供切换式电源供应器设计过程必要的预先测试场地。 ˙依据CISPR16〔9〕对anechoic chamber的要求,其幅射值的均匀性比使用volume method求标准场地衰减值更来的重要。因此,将采用另一个比较简易测量方法,用以求出此chamber与OATS之校正系数。
这个简易方法如下:

*对733 semi-anechoic chamber之均匀性评估,则选定参考发射源的放置位置为旋转台桌中心、前方及左方中间桌缘,各别进行频谱测量,此一位置为EN55022及FCC part 15所规定待测物放置位置。当旋转台桌旋转时,所含盖的范围为待测物幅射干扰放射的最大区域,比较这三个位置的频谱是否在±2dBμV/m内〔9〕,以评估chamber之均匀性。

 *因为切换式电源供应器于电路布局设计时,以考虑避免形成环形电流回路,因而所产生环形极性方向幅射干扰较少,因此在进行比较测试时,仅采用半波双极(half-wave dipole)天线之参考发射源来执行场强转移标准,可缩短比较测试时间及降低费用。

*将天线因子、cable losses及场地的transmit losses均包含于校正系数中,仅比较chamber与OATS之频谱分析仪之测量值,即:
CF(f)=MOATS(f)-Mchamber(f)
其中CF、MOATS及Mchmber分别表是校正系数、OATS与chamber之频谱分析仪之测量值,f为频率。Chamber与OATS比较测试的参考发射源,是使用EMCO 4630 Refrad,为确保测试品质,先将Refrad充饱电再进行发射电场实验,一直到Refrad自动断电停止工作为止,其中频率选用的间格为5MHz。
在这段期间,每15分钟使用频谱分析仪测量所选定频率的电场值,频率为由30MHz~300MHz,每30MHz为一个间隔,其结果如图8所示,每个频率的测量值误差均在4dBμV/m范围内,由实验结果显示Refrad于正常工作期间,其发射的电场品质稳定。 

 
图8 Refrad发射电波至自动断电为止,所选定频率之场强偏移量分布图

接着使用Refrad做为电场转移标准,进行C&C Lab的OATS与chamber比较测试,比较30MHz~1GHz的幅射衰减特性,经过多次测试后,依据式(2)将所得的测试数据平均即获得校系数CF,并据设定频谱分析仪的偏差量。经过比较测试后,chamber与10m OATS对同一Refrad所测得场强幅射衰减值,其中有将chamber的校正系数CF调高1.5dBμV/m,以确保切换式电源供应器在chamber内通过测试,必能通过OATS之测试。

结论

切换电源供应器要取得国际认证,除了要通过上述电磁兼容测试,还要通过EN61000-4-2 ESD、EN61000-4-4 electrical fast transient immunity test及EN61000-4-5 electrical slow transient(surge)immunity test等测试,这些测试的方法及知识,为一般切换式电源供应器设计工程师所欠缺的。
虽然本文仅着重于电磁兼容相关测试方法的介绍并以实例说明,但可延伸获得相关知识,正确的电磁兼容测试可缩短产品研发流程,若切换电源供应器测试失败时,工程师亦可由测试结果并结合电磁兼容知识,而采取的除错技术将更为有效。

参考资料
【1】M. Joshi and V. Agarwal, "Component placement for improved EMI performance in power electrnics circuits, IEEE EMC Symposium, pp. 911-917,1998. 
【2】L. B. Gravelle and P. F. Wilson, "EMI/EMC in printed circuit boards-a literature review," IEEE Trans. Electrmagnetic Compatibility. Vol. 34, no. 2, pp. 109-116, 1992. 
【3】T. Guo, Y. Chen and F. C. Lee, "Separation of the common mode and differential mode conducted EMI noise," IEEE Trans. Power Electronics, vol. 11, no. 3, pp. 480-488. 
【4】J. B. Wang, "Thermal design evaluation for an adapter via equivalent circuit method," R. O. C. Symposium on Elecrtical Power Engineering, pp. 770-774,2000. 
【5】BS EN55022, Information technology equipment-radio disturbance characteristic-limit and methods of measurement, 1998.  [!--empirenews.page--]
【6】BS EN61000-4-6, Electromagnetic compatibility, part 4, Testing and measurement techniques, section 6. Immunity to conducted disturbance, induced by radio-frequency, 1996. 
【7】BS EN61000-4-3, Electromagnetic compatibility, part 4,Testing and measurement techniques, section 3. Radiated, radio-frequency, electromagnetic field immunity test, 1997. 
【8】David a Williams, "A tutorial on EMI #At utorial on BMI switching regulator," IEEE 11th APEC, pp. 333-339,1996. 
【9】IEC,CISPR 16-1,1993. 
【10】EMCO Model 4630Refrad Operation manual, 1992. 
【11】EMCO Calstan/W PN399215,1996.

 

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