反激式开关电源的传导和辐射发射特性研究

发布时间：2017-10-15 11:22

  本文关键词：反激式开关电源的传导和辐射发射特性研究

  更多相关文章： 传导EMI 辐射EMI 电磁兼容 Flyback开关电源 预测方法

【摘要】：开关电源被广泛用于电信、军事设备、运输设备等诸多领域。由于电子开关速率不断提高,其所带来的电磁干扰(EMI)成为必须引起重视的电磁兼容问题。由于反激式(Flyback)开关电源通过简单的系统设计可实现降压、升压、升降压的变换而日益广泛应用,同时也存在较为严重的传导和辐射干扰。由于传导和辐射电磁干扰符合性测试需要严格的测试环境和昂贵的测试设备,因此进行开关电源的电磁干扰的预测和评估非常必要。论文据此开展系列研究工作,其主要工作归纳如下:首先分析了一般性传导干扰的产生机理和传导路径。论文采用时域仿真方法来分析和预测传导电磁干扰。分别采用SPICE模型和高频等效电路模型对有源和无源器件建模,基于CST PCB工作室采用2D场求解器提取出印刷电路板(PCB)的寄生参数,进而在该工作室中再完成整个电路的仿真。实验结果证明了该仿真方法的有效性,能快速预测和评估传导电磁干扰;其次研究了典型的“PCB加线缆”这一架构的开关电源模型,其中开关管的快速开与关所产生的瞬时强电压、电流变化(dv/dt、di/dt)是电路板上主要的对外辐射源。同时,电路板外接的线缆能将从板上耦合而来的能量向外辐射出去,增强了辐射发射电平强度,研究确认了线缆辐射也是导致开关电源电磁辐射问题突出的原因之一。基于开关电源的传导和辐射原理,论文提出了一种可以快速预测Flyback开关电源辐射发射的简化模型,并通过实物加工,在电磁兼容实验室对一款20W的Flyback开关电源进行3m外辐射发射的测试,结果表明,该设计完全符合电磁兼容(EMC)指标要求,验证了该模型的正确性;最后在开关电源传导、辐射干扰的抑制方面进行了一系列深入研究。对传导干扰的抑制措施进行电路分析,对辐射干扰通过电磁仿真和电路分析相结合的方法,提出了设计开关电源减少EMI的思路。在设计初期通过预测传导和辐射电磁干扰或采取相应的抑制措施来进行预设计,有利于降低研发成本。
【关键词】：传导EMI 辐射EMI 电磁兼容 Flyback开关电源 预测方法
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN86
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题的研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.2.1 开关电源传导电磁干扰国内外研究现状11-12
• 1.2.2 开关电源辐射电磁干扰国内外研究现状12
• 1.3 本文主要研究内容12-14
• 第二章 开关电源拓扑及电磁干扰分析方法14-27
• 2.1 开关电源拓扑简介14-19
• 2.1.1 非隔离式14-18
• 2.1.2 隔离式18-19
• 2.2 电磁干扰分析方法的特点19-21
• 2.3 电磁干扰源与耦合途径21-23
• 2.3.1 传导电磁干扰21-23
• 2.4 辐射电磁干扰23-25
• 2.4.1 电偶极天线的辐射23-25
• 2.4.2 磁偶极天线的辐射25
• 2.5 本章小结25-27
• 第三章 传导干扰特性的建模和仿真27-39
• 3.1 传导电磁干扰的测试要求27-28
• 3.1.1 人工电源网络27-28
• 3.1.2 测试配置28
• 3.2 Flyback开关电源中的传导EMI28-30
• 3.2.1 共模电流和差模电流28-29
• 3.2.2 Flyback开关电源中的共模和差模电流29-30
• 3.3 传导EMI的建模30-36
• 3.3.1 无源器件模型30-32
• 3.3.2 有源器件模型32-35
• 3.3.3 PCB模型35-36
• 3.4 传导EMI的电路仿真及结果分析36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 辐射干扰特性的建模和仿真39-48
• 4.1 辐射发射的测试39-40
• 4.2 开关电源的共模辐射40-43
• 4.2.1 PCB共模辐射与差模辐射40-42
• 4.2.2 开关电源中共模辐射的产生42-43
• 4.3 辐射发射的数值计算方法43
• 4.4 Flyback开关电源及其简化辐射模型43-47
• 4.4.1 单端Flyback开关电源电路拓扑44-45
• 4.4.2 简化辐射模型的辐射分析与对比45-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第五章 开关电源电磁干扰的抑制措施48-57
• 5.1 传导干扰的抑制措施48-50
• 5.1.1 EMI滤波器48-49
• 5.1.2 频谱展宽技术49
• 5.1.3 屏蔽层抑制49-50
• 5.1.4 其它措施50
• 5.2 辐射干扰的抑制措施50-55
• 5.2.1 减小环路面积50-51
• 5.2.2 减小线缆长度51-53
• 5.2.3 添加地平面53
• 5.2.4 加缓冲电路53-54
• 5.2.5 加铁氧体磁环54-55
• 5.3 板上寄生参数对辐射发射的影响55-56
• 5.4 本章小结56-57
• 第六章 总结与展望57-59
• 参考文献59-64
• 致谢64-65
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文65

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本文编号：1036831