开关电源传导电磁干扰建模研究

发布时间：2017-09-29 06:31

  本文关键词：开关电源传导电磁干扰建模研究

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【摘要】：开关电源(SMPS)被广泛地运用于工业、军事、医疗等领域,当升高其开关频率或者增大功率密度时,其电磁兼容(EMC)问题不能忽视。特别是在大功率高电压的设备中,开关电源的电磁干扰(EMI)是一个迫切需要解决的问题。开关电源产生的传导干扰,通过线缆耦合进入电网或其他相连的设备,可能造成设备的工作故障。因此,建立开关电源的传导干扰的模型,研究传导干扰产生和传播机理,对传导干扰的抑制和消除作用具有重要的意义。本文以一台升压型(Boost)开关电源为对象,从开关电源的传导干扰测试和建模两方面进行研究,得到了开关电源的传导干扰电路仿真模型。首先,研究了传导干扰的测试技术。重点研究了共模(CM)与差模(DM)干扰测试方法,提出了两种CM/DM干扰分离技术。第一种为基于共模扼流圈的CM和DM干扰分离网络,设计的分离网络的核心器件为两个特性阻抗100Ω的共模扼流圈和一个射频变压器,仿真到了150 kHz至30MHz频带内的良好分离性能。第二种为电流探头测试和软件计算结合的模态噪声分离方法。通过测试一个输出150W/12V的商用开关电源,验证了分离方法的正确性。该方法不仅可以测试输入电源线上的传导干扰,也可以分离部件互联线上的CM/DM干扰。另外,对设计的Boost型开关电源,完成了传导EMI的测试工作,实验数据显示,在150kHz-30MHz频带,“相线”和“中线”传导干扰大小基本一致,并且超过了CISPR22中的B类准峰值检波限值,共模干扰比差模干扰要约高10dB,得出在电源线上主要成分为CM干扰的结论。其次,按照EMC的“三要素”思路,建立了Boost电源传导EMI仿真电路。干扰路径的建模包括Boost型开关电源中的所有无源元件,PCB板,以及场效应管漏极对接地散热片的寄生电容。干扰源的建模包括电源中的二极管MUR860和N型场效应管IRFPE50。在150kHz-30MHz频带内,仿真的干扰频谱与测试结果幅值上具有良好的一致性,验证了建模的正确性。最后,分析Boost型电源的CM电流的流经路径,并进行近似处理,得到一种简化的CM干扰计算模型。计算的CM干扰与测试结果对比,在150kHz至10MHz频带内,两者在峰值上吻合很好。该模型具有简单、计算方便的特点,对CM干扰的幅值的预测具有实用价值。
【关键词】：传导干扰测试 开关电源 共模干扰 差模干扰 噪声分离网络 传导干扰模型
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN86
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 研究背景及意义11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.3 本论文的主要工作及结构安排14-16
• 第2章 传导干扰测试方法16-25
• 2.1 电磁兼容相关概念16-18
• 2.2 传导干扰测试仪器18-19
• 2.3 共模与差模分离网络19-22
• 2.3.1 分离网络性能要求20-21
• 2.3.2 共模扼流圈21-22
• 2.4 传导EMI的电流探头测量方法22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 Boost型开关电源传导干扰测试25-36
• 3.1 基于共模扼流圈的CM与DM分离网络设计25-27
• 3.1.1 分离网络设计25-26
• 3.1.2 分离网络性能分析26-27
• 3.2 基于电流探头测试与软件计算分离CM/DM方法27-30
• 3.2.1 CM/DM分离原理28
• 3.2.2 分离方法正确性验证28-30
• 3.3 开关电源传导EMI测试30-34
• 3.3.1 Boost开关电源制作30-33
• 3.3.2 传导干扰测试结果及分析33-34
• 3.4 本章小结34-36
• 第4章 Boost型开关电源传导EMI建模36-51
• 4.1 开关电源干扰路径建模36-46
• 4.1.1 电阻等效电路36-38
• 4.1.2 电感等效电路38-41
• 4.1.3 电容等效电路41-43
• 4.1.4 PCB板等效电路模型43-45
• 4.1.5 场效应管漏极对散热片的寄生电容45-46
• 4.2 开关电源干扰源建模46-49
• 4.2.2 二极管建模46-48
• 4.2.3 场效应管建模48-49
• 4.4 本章小结49-51
• 第5章 开关电源传导EMI仿真及分析51-61
• 5.1 传导干扰仿真电路及结果51-55
• 5.2 共模干扰简化模型55-59
• 5.2.2 干扰源55-56
• 5.2.3 传输函数56-58
• 5.2.4 共模干扰计算结果58-59
• 5.3 本章小结59-61
• 全文总结与展望61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文68-69
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

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本文编号：940537