共模电容的测量设备及方法技术

本发明专利技术公开一种应用于测量存在于一第一元件及与该第一元件隔离的一第二元件间共模电容的测量设备机器方法。该测量设备的结构包括一信号产生器，连接至该第一元件，并具有一内部信号源串联至一第一内电阻，用以传送一信号至该第一元件；以及一信号接收器，连接于该第二元件与该第一元件间，并具有一第二内电阻，用以测量该第一元件与第二元件间的一信号响应，进而基于该信号响应而计算出存在于该第一元件与该第二元件间的共模电容。本发明专利技术除了可作为完成品的测试外，也可于早期设计周期时先行获知精确的寄生参数，进而辅助设计一开关电源供应器的ＥＭＩ滤波器。同时更可做为变压器量产时的品质管控，有效地降低管控的费用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种开关电源供应器，尤其涉及一种应用于测量切换式电源供应器两 隔离元件间。
技术介绍
现今，电器与电子设备欲导入市场，需符合一些由美国联邦通信委员会(Federal Communications Commission, FCC)或国际无线电干扰特另丨J委员会(Commission Internationale Specialedes Perturbations Radio, CISPR)所制定的电磁干扰 (Electromagnetic Interference, EMI)规范标准。通常EMI电磁干扰可区分为差模噪声 (differential-mode (DM)noise)与共模噪声(common-mode (CM)noise)。其中差模噪声的 电流路径介于火线(Line，L)与中性线(Neutral，N)两线之间，而其噪声电平由电源供应输 入端的噪声电流所决定。而共模噪声的电流路径则是介于电源线与接地线之间，通过电压 跳变点与接地线间寄生电容的充电及放电所生成，其中电压跳变点的电压在EMI测试频率 范围内的电路中快速跳动而得。通常，共模电流并非仅由单一电容决定。图1揭示一具有反激(flyback)式转 换器的电源供应器拓扑结构。图1中的反激式转换器100包含有一桥式整流器110、一滤 波电容器112与该桥式整流器110并联、一具有初级绕组(primary winding) N100及次 级绕组(secondary winding) S100的变压器T100、一开关114连接至该初级绕组N100、 一整流二极管116连接至该次级绕组S100、以及一输出电容118。而该反激式转换器100 架构于供应电源至一负载120。又，一标准的电源传输阻抗稳定网络(Line Impedance StabilizingNetwork, LISN) 130也提供连接至该反激式转换器100输入端，并架构于以提 供该转换器固定阻抗以测量EMI噪声，且使被测设备(Equipment Under Test,EUT)能与电 源线的环绕噪声隔绝。该开关114的开/关运作会在电路中的P点产生高dv/dt值；而P 点即为电压跳变点(hot-voltage point)。B点和S点是同名端。共模电流3通过初级侧 电容CP、变压器寄生电容CPS及次级侧电容CS_G而抵达接地线，其中，初级侧电容CP与次 级侧电容〔3_6介于电源供应器与接地线间的电容。如图1所示，而该电源供应电路的等效 共模电容即等同于为次级侧电容CS_G与变压器寄生电容CPS串联后再与初级侧电容CP并 联。已有许多的技术可用以减小初级侧电容CP ；—旦次级侧电容CS_G大于变压器寄生电 容CPS许多，与变压器寄生电容CPS串联的次级侧电容CS G电容值则取决于该变压器寄生 电容CPS。所以，等效共模电容最后主要终由的变压器寄生电容CPS值所决定。若越早得知 变压器寄生电容CPS的电容，则越有利于设计EMI滤波电路。因此若可以获致准确的变压 器寄生电容CPS值，则量产的品质将可获得改善。通常获寄生电容CPS有两种方法。一为计算，另一则为测试。众所都知，在变压器 结构的模型建立后，在静电场中变压器初级侧与次级侧间的寄生电容可被算出。然而结果 却与事实不符，因为当开关电源供应器运作时，沿着线圈的电压发生变化，因此变压器线圈 每一绕圈的电压并不同。然而在静电场中计算寄生电容并未考虑此点。因此并没有一种简4单的方法可以准确地计算出在工程应用上的等效共模电容。图2A及图2B揭示公知计算共模电容的测量设备，其中图2A揭示测量设备的内部 架构；而图2B则揭示测量设备与变压器一起的测量架构。该测量设备7为一典型的阻抗分 析仪(Impedance analyzer)或阻抗测试器(LCRmeter)。由典型测量设备7所完成的计算 并不准确，因为不论是阻抗分析仪或阻抗测试器仅为具有两端点8及9的单端口网络。该测 量设备7的内部电压源10通过端点8及9而连接至被测设备11。在获得响应电流12与响 应电压13后，该被测设备11的阻抗特性即可被计算出来。然而显见地，在该单一端口网络 7中，电压源10与响应电流12、响应电压13均由相同的端点8及9所获得。在图2B中，阻 抗分析仪或阻抗测试器可精确地测量一介于初级绕组15与次级绕组16间的寄生电容14。 但介于初级绕组15与次级绕组16间的共模电流为位移电流(displacement current)，其 与如图3A、图3B中所示绕组间的压降有关。图3A揭示无屏蔽的变压器结构；而图3B则揭 示具有屏蔽的变压器结构。假设绕组15的绕圈匝数(turns)大于绕组16的匝数，且底部 绕圈17通常连接至图1中的B点，该处于EMI测试频率范围内电压几乎是稳定的，我们称 其为静地点(quiet point)。顶部绕圈18则通常接至图1中的热电压点电压跳变点P，该 处的电压跳动快速。并且绕圈18及20具有相同极性，为同名端。很明显地，绕圈17及19 间的电压差几乎是零，因此绕圈17及19该处间便几乎无共模位移电流。而绕圈18及20 间的电压差最大，因此该处间则有最大的共模位移电流。图2B中的电容14无法显示如此 的现象，所以其并非我们所要的电容。换句话说，由于在图2所示的方法下，并未考虑绕组 15或16沿顶部线圈至底部线圈的电压变化，而绕圈17及19间的电压差几乎是零，这样，绕 组15及16之间电压差几乎为零。如果绕组15及绕组16间没有电压差，则即使电容14存 在，位移电流iCM仍为零，故电容14对共模电流毫无贡献可言。电容14显然非前述关键的 共模电容CPS。若变压器内初级绕组15与次级绕组16间具有一屏蔽层21，则单端口网络 仅可测量介于屏蔽层21与次级绕组16间的寄生电容22。而寄生电容22也无法代表等效 共模电容CPS。
技术实现思路
本专利技术专利技术人有鉴于前述公知技术的限制与缺陷，乃经悉心试验与研究，提出一 具有双端口网络测量等效参数的测量设备。该测量设备不仅可用于已完成产品的测试，也 可于早期设计周期获致精确的寄生参数，进而辅助设计一开关电源供应器的EMI滤波器。 同时也可用于作为变压器量产时的品质管控，有效地降低管控的费用。因此开发一种用于 电源转换器的共模电容的测试设备及方法，即可处理解决前述公知限制与缺陷。本专利技术的目的在于提供一种可准确测量存在于一第一元件及与该第一元件隔离 的一第二元件间共模电容的测量设备。为达上述目的，本专利技术的一较广义实施方式为提供一种应用于测量存在于一第一 元件及与该第一元件隔离的一第二元件间共模电容的测量设备。其测量设备的结构包括一 信号产生器，连接至该第一元件，并具有一内部信号源串联至一第一内电阻，用以传送一信 号至该第一元件；以及一信号接收器，连接于该第二元件与该第一元件间，并具有一第二内 电阻，用以测量该第一元件与第二元件间的一信号响应，进而基于该信号响应而计算出存 在于该第一元件与该第二元件间的共模电容。为达上述目的，本专利技术的另一较广义实施方式为提供一种应用于测量存在于一第 一元件及与该第一元件隔离的一第二元件间共模电容的测量方法，其包括步骤提供一信 号产生器及一信号接收器，其中该信号产生器连接至该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于测量存在于一第一元件及与该第一元件隔离的一第二元件间共模电容的测量设备，其结构包括：一信号产生器，连接至该第一元件，并具有一内部信号源串联至一第一内电阻，用以传送一信号至该第一元件；以及一信号接收器，连接于该第二元件与该第一元件间，并具有一第二内电阻，用以测量该第一元件与第二元件间的一信号响应，进而基于该信号响应而计算出存在于该第一元件与该第二元件间的共模电容。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：周敏，谢毅聪，周锦平，应建平，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]