計畫一
網路監控分散式電信電源供應系統之電磁干擾量測與抑制(2/2)
計畫主持人：邱煌仁
本 子 計 畫 所 實 現 之 電 磁 干 擾 雜 訊 自 動 量 測 系 統 ， 係 以 LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)來規劃。LabVIEW 乃係 由美國 National Instruments 公司於 1986 年所發展出來的一套軟體。它如同 C 程式語言或 VISUAL BASIC 程式語言系統，是一種應用發展的工具程式。
和一般的程式語言最大的差別，在於 LabVIEW 是以圖形介面來代替傳統的 文字介面，即係一種以圖形化的程式語言(G 語言)為基礎的發展環境，並且 使用資料流(Data Flow)的概念來撰寫程式，決定資料的執行順序與交互流 程，大大地減低程式設計與周邊整合之困難度。此舉可以大幅度地縮短系統 開發的時間，拉近系統構思與實現之間的鴻溝。
LabVIEW 可整合所有的硬體通訊介面，包含如 GPIB、VXI、PXI、
RS-232、RS-485、插入式資料擷取卡(Data Acquisition Card，簡稱 DAQ Card) 等。使用TCP/IP 網路協定與 ActiveX 的標準協定亦提供相關的內建函式庫。
且可輕易地以一 32 位元的編譯程式，在對資料擷取、設計和量測方案上的 要求，有更快的執行速度。由於LabVIEW 是真正的 32 位元編譯器，因此可 以 設 計 出 獨 立 執 行 的 程 式 ， 以 及 可 供 分 享 的 動 態 連 結 程 式 庫(Dynamic Linking Library)。可將以往的一些程式，應用於 LabVIEW 程式撰寫之上，
LabVIEW 使用以圖形符號和接線的方式，代替了文字語言來描述程式的邏 輯與執行動作，將有助於與設計者和操作者間的了解與溝通。LabVIEW 可 提供資料擷取、分析、顯示、儲存以及傳送等功能規劃，並且包括了傳統程
式的開發工具，以及設置斷點，由動畫的方式來了解程式的執行過程，並且 在程式執行中利用單步執行的方式來進行偵錯之處理，也提供了大量的機械 碼來連結外部指令或軟體。在PC-Based 自動化應用領域中，LabVIEW 已經 成為全球圖形化程式語言開發環境之先驅，其中涵蓋了自動化的測試、工廠 監控、電腦視覺、馬達運動控制及資料擷取等。並且可以透過網路將資料傳 送至資料庫儲存，整體流程均可規劃以及能夠有效掌握。另外 LabVIEW 還 可以進行後端的數據處理應用，譬如品管運算、瀏覽器之結果顯示等實質的 應用。
圖二所示是以 LabVIEW 所完成的電磁干擾雜訊自動量測與濾波器設 計系統的視窗畫面。在執行本程式時，使用者可以來控制前置面板控制裝置 與指示裝置的數值在前置面版的右上角，是日期與時間的顯示，量測過程中 會擷取系統的日期與時間並即時顯示，當日期與時間停止變化時表示程式執 行結束。下面的量測規範標準則有FCC Class A、FCC Class B 、VDE Class A、VDE Class B 四種選擇，而總雜訊量測、差模雜訊量測與濾波器設計，
共模雜訊量測與濾波器設計，則必須與雜訊分離器以及輸入差模電容值(CX) 或輸入共模電容值(CY)的組合來完成。在整個系統量測過程中可以顯示出電 磁干擾雜訊的最大雜訊值與轉折頻率，並可指示待測物是否通過規範標準。
在前置面板上的左邊圖表，是用來顯示出待測務所量測出來的傳導性電磁干 擾的雜訊頻譜，縱座標的單位為 dBuV，橫座標的單位為 Hz，圖中並可顯示 規範的48dBuV 與 60dBuV 的限制線。掃瞄頻率設定是針對某一超過限制線 頻段作放大掃瞄，系統重置與否則依實際需要而定。
圖二 電磁干擾雜訊自動量測與濾波器設計系統畫面
在量測電磁干擾雜訊時，先要將各設備以圖一方式連接，雜訊分離器的 部份可設計成開關方式，需要量測、差模雜訊或共模雜訊時再加入即可。完 成設備連接後可直接以操作工具在前置面板上選擇要以那一種規範來量 測，如 FCC 規範或 VDE 規範，並先以總雜訊量測選項來觀察雜訊頻譜並 得知待測物是否通過規範標準。程式一開始透過GPIB 卡控制頻譜分析儀，
設定頻譜分析儀的參考準位、起始頻率與停止頻率、及一些電磁干擾 雜訊 量測的相關設定，之後開始量測待測裝置的傳導性電磁干擾，並將雜訊頻譜 顯示在前置面板上，若量測出來的傳導性電磁干擾總雜訊超過規範標準，此 時我們再將雜訊分離器加入並分別選擇在差模雜訊量測與濾波器設計及共 模雜訊量測與濾波器設計，先量測出差模雜訊及共模雜訊，若是雜訊超過規 範標準的限制線，要設計共模濾波器，則要一併輸入 Y 電容的大小，單位 為PF；若是要設計差模濾波器，則要一併輸入 X 電容的大小，單位為 uF，
再執行程式後即會自動算出共模及差模電感的大小並顯示出轉折頻率為多 少，完成傳導性電磁干擾濾波器的設計。由於此系統透過 LabVIEW 與 GPIB 卡，發揮 LabVIEW 強大的儀器控制功能，利用電腦與儀器之間的連結，讀
取、分析、儲存資料，不必使用人工去監視儀器，避免偶發性及人為誤差的 干擾，並允許多台儀器同時連接及控制，達到快速且準確的自動量測與設計 目的。
實驗結果 本成果報告中之實驗係以兩部分來進行:
1. 雜訊量測與濾波器設計：利用本計畫發展之自動化電磁干擾量測系統，
進行雜訊量測與濾波器設計。
2. 展頻技術應用：採用展頻技術，確保雜訊強度符合規範要求。
圖十四(a)及(b)顯示加入濾波器之前所量測的雜訊頻譜。由於高頻技術的 應用，雜訊問題不可避免地相形嚴重。基於安規漏電流的考量，選擇 Cy=3300pF並計算求得共模扼流圈Lc=5mH。利用LCR表量測該扼流圈之漏電 感Ll=40μH，因此選擇差模扼流圈Ld=50μH，計算Cx=4.7μF。圖十五(a)及(b) 係描述加入濾波器元件之後的共模和差模雜訊頻譜，由於濾波器元件於高頻 下之非理想特性，導致仍然有部分頻段之雜訊強度未能符合規範，。尤其是 5MHz~10MHz頻段通常無法僅透過電磁干擾雜訊濾波器所能濾除。所以本計 畫採用展頻技術，依據時域與頻域能量平衡原理，以分散能量方法抑制一般 電磁干擾雜訊濾波器最難以濾除的頻段。圖十六(a)、(b)及(c)係加入展頻之 後的共模、差模和總雜訊頻譜，其雜訊強度確能符合規範要求。
(a) (b) 圖十四 (a)原始共模與 (b)原始差模雜訊頻譜
(a) (b)
圖十五 加入濾波器元件之後的(a)共模與(b)差模雜訊頻譜
(a) (b)
圖十六 加入展頻後的(a)共模、(b)差模與(c)總雜訊頻譜
子計畫二
分散式電信電源供應系統之功因修正電路設計
計畫主持人：莫清賢
本計畫前兩年已完成功因修正電路模組化設計及並聯工作模式運轉，滿 足電信電源系統大功率的需求。模組化設計減少元件樣式、簡化生產流程和 物料管理，兼顧經濟的設計成本及滿意的性能，並聯運轉時模組採相同單一 之切換頻率，有利於EMI 濾波器的設計，並且和上游計畫『電磁干擾(EMI) 濾波器之設計』密切聯繫，整合設計 PFC 前置被動濾波器及 EMI 濾波器，
完成簡化之單級EMI 濾波器。
計畫第三年度的工作重點之一是與下游計畫『零電壓脈寬調變轉換器』
結合，利用高頻變壓器降壓方式整合設計成單級高功因 AC/DC 轉換器。回 顧第一年計畫，已完成二種 PFC 電路模組並聯電路設計，PFC 電路之一為 升壓式轉換器，其輸出電壓高於輸入電壓，而電信電源電壓為 40 至 60V，
因此不適合採用。另一組PFC 電路為返馳式轉換器，則可經由適當的變壓器 匝數比設計，使輸出電壓符合電信電源需求。因此本計畫採用返馳式轉換器 作為PFC 模組電路，設計並聯電路架構及並聯運轉策略，將交流市電以高功 因低諧波方式提供電信電源所需之直流電源。
此外，本期主要工作為系統整合測試，與系統監控中心進行互聯。因此 增加控制電路功能：加入偵測電路及控制策略程式，具備電壓調整能力；透 過與個人電腦(PC)連接通信，連結系統監控中心。