傳導性電磁干擾濾波器設計
4.1 電磁干擾濾波器元件特性
圖 4.1 為典型電磁干擾濾波器架構，包含共模電感L 、差模電感C LD、 X 電 容CX、Y 電容C 與放電電阻y R 。以下分別對各個元件做一簡單說明。
CX2 Cy1
LD1
LC
LC
CX1 CX1 50Ω
50Ω L
G
N
Cy2 LD2
雜訊源
圖4.1 典型電磁干擾濾波器架構
共模電感
共模電感(CM inductor)如圖 4.2 所示，是兩組相同匝數的線圈，繞在一顆鐵 心上，依此繞線方式，將使得由差模電流所產生的磁通互相抵消，而共模電流所 產生的磁通相互加成，換句話說，此種繞線方式對差模電流而言，不具有電感效 果；對共模電流而言，則具有電感效果。不過事實上繞組兩側的漏磁通，對差模 電流而言其磁通無法完全抵消，因此這些漏磁通對差模雜訊的衰減將會有部分的
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貢獻。另一方面對共模電流而言，其磁通並無法完全加成，因此這些漏電感將使 得有效共模電感感值降低。
共模電流產生磁通
共模電流
差模電流
差模電流產生磁通 共模電流產生磁通
共模電流
差模電流 共模電流產生磁通
共模電流
差模電流
差模電流產生磁通
圖4.2 共模電感
由於共模電流所產生的磁通幾乎相互抵消，因此共模電感較不易飽和，所以可以 使用 µ 值較高的鐵心，一般是使用陶鐵磁體(ferrite core)的材質作鐵心。由於 µ 值 較高，因此感值也比較高，一般可由幾mH 至幾十 mH 之間。
如圖 4.3 為共模電感漏感量測方法。將繞組的一端短路，而由另一端量測其電 感感值，由圖中可知差模電流在共模環形線圈引起的磁通偏離可由下式(4-1)得 出：
n I Lleak∆ DM
=
∆φ (4-1)
漏磁通
漏磁通
共模電感
V
I
漏磁通
漏磁通
共模電感
V
I
圖 4.3 共模電感漏感量測圖
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雖然共模電感的漏電感對差模雜訊有貢獻，但是仍須注意避免其漏感成分造 成鐵心的飽和，因此共模電感的漏電感感值不能太大，必須滿足下式:
DM
leak I
A
L < nBmax (4-2)
差模電感
差模電感如圖 4.4 所示，對於差模電感(DM inductor)而言，由於必須流過大 電流，因此要選擇 µ 值較低的鐵心以免飽和，一般材質為鐵粉心(powder core)，
不過由於µ 值較低，因此差模電感的感值較低，一般感值介於幾 µH 至幾百 µH 之 間。
差模
漏磁通
差模
漏磁通
圖4.4 差模電感
X 電容
X 電容如圖 4.5 所示，是指跨接在 L (line)、N (neutral)之間的電容，主要對付 差模雜訊。由於 X 電容為加在交流電源側的電容，必須考慮雷擊的影響，因此要 有安規認證許可。材質大多使用可靠度佳且具高容值的金屬皮膜電容，常見規格 介於0.1µF~2.2µF。
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圖4.5 X 電容
Y 電容
Y 電容，如圖 4.6 所示，是指跨接在 L、G (ground)及 N、G 之間的電容，通 常成對出現抑制共模雜訊。材質為高壓陶瓷電容，常見容值為 470pF~0.01µF。Y 電容除了認證許可還要加上安規限制，關於這一點以下作說明:
圖4.6 Y 電容
Y 電容漏電流考量，如圖 4.7 所示，當接地線發生斷裂或是未接上時，跨在 金屬外殼與地之間的人，將直接承受經 Y 電容的電流，通常當電流大於 5mA 時，將對人體產生危險。由於線頻率(50/60Hz)下 Y 電容的阻抗，遠大於人體所呈 現的阻抗(1~2KΩ)，因此所容許的 Y 電容大小，將直接取決於所允許的漏地電流 大小。對於最大的Y 電容可由下列式子來決定：
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in g
y V
C I π
≤ 2 (4-3) 其中Vin表示線電壓， f 表示交流電源頻率，Ig表示安規所允許的漏電流大小。
舉個例子來說，若V =110V， f =60Hz，in I =5mA，則 Y 電容必須小於 0.12µF。g 表4.1 列出各國安規所允許 Y 電容大小。
AC
電源外殼
電源
電感
電源內部接地
接大地 泄漏電流
AC
AC E
FG
R=1~2KΩ Cy
Cy LC LC
CX
圖4.7 Y 電容漏電流考量
表4.1 列出各國安規所允許 Y 電容大小
國家 安全規範 漏電流限制值 Y 電容的最大值 美國 UL478
UL1283 5mA120V60Hz
0.5-3.5mA120V60Hz 0.11µF 0.011-0.077µF 加拿大 C22.2No.1 5Ma120V60Hz 0.11µF
瑞士 IEC335-1 0.75mA250V50Hz 0.0095µF 德國 VDE0804 3.5mA250V50Hz
0.5mA250V50Hz
0.0446µF 0.0064µF
英國 BS2135 0.25-0.5mA250V50Hz 0.0032-0.0064µF 瑞典 SEN432901 0.5mA250V50Hz
0.25-5mA250V50Hz
0.0064µF 0.0032-0.0064µF
44 放電電阻
前面所提的X 電容，雖然沒有很嚴格限制其大小，但安規規定當所加的 X 電 容大於某個值時，則 EMI 濾波器要加裝放電電阻。放電電阻為跨接在 L 與 N 上 的電阻，加入目的在於交流電源關掉時，X 電容的放電路徑，若安全規範為 VDE-0806 與 IEC-380 標準，電路中的放電電阻器之值可由下式求得：
C R T
21 .
= 2 (4-4) 在此 T=1s，而 C 為所有 X 電容值總合(μF)。
最後將上述EMI 濾波元件，整理在表 4.2。
表4.2 EMI 濾波元件特性
濾波元件種類 材質 共模雜訊作用 差模雜訊作用 一般規格 共模電感 陶鐵磁鐵心 有 漏電感 1-30mH
差模電感 鐵粉心鐵心 小 有 1-200µH
X 電容 金屬皮模 無 有 0.1-2.2µF Y 電容 高壓陶瓷 有 小 0.47-10nF