【摘 要】
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开关电源以其效率高,体积小,功耗低等优点广泛应用于计算机系统、通信设备、军事装备等领域,在其工作过程中功率开关管的高频通断会引起很大的瞬变电压/电流,与电路中的寄生参数相作用产生电磁干扰。随着开关电源高频化、小型化、模块化的发展趋势,其EMI问题愈发严重,不仅影响自身正常工作,还会污染周围电磁环境。因此如何准确预测和有效抑制开关电源EMI,改善系统EMC性能是目前研究的重点和难点。本文以DC/DC
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开关电源以其效率高,体积小,功耗低等优点广泛应用于计算机系统、通信设备、军事装备等领域,在其工作过程中功率开关管的高频通断会引起很大的瞬变电压/电流,与电路中的寄生参数相作用产生电磁干扰。随着开关电源高频化、小型化、模块化的发展趋势,其EMI问题愈发严重,不仅影响自身正常工作,还会污染周围电磁环境。因此如何准确预测和有效抑制开关电源EMI,改善系统EMC性能是目前研究的重点和难点。本文以DC/DC开关电源模块及其组合构成的开关电源板为研究对象,通过理论分析、建模仿真和实验测试相结合的方式,分别对开关电源传导及辐射EMI展开研究,分析并总结了其电磁干扰特征。首先以各类开关电源电路结构和工作原理为基础,从EMC三要素角度分析了其电磁干扰机理,包括电磁干扰源及干扰传播路径。随后结合DC/DC开关电源模块通常在组合状态下工作及难以获取内部详细信息的实际情况,提出了采用试验测试等方式提取关键信息,依据电路拓扑结构建立DC/DC开关电源模块EMI仿真模型,并基于IBIS模型的行为级建模思想将基本单元封装于软件中形成模型库,进而实现开关电源板建模仿真分析的方法。同时介绍了开关电源EMI实验测试方法及基本原理。分别对不同拓扑结构、不同工作参数的DC/DC开关电源模块和不同组合类型的开关电源板进行了传导EMI建模仿真,将仿真与实验结果对比分析,验证了建模仿真方法的准确性,总结了其传导干扰信号峰值频率、幅值及变化趋势的特征。并以DC/DC开关电源模块仿真模型为基础,探究了变压器绕组漏感以及功率开关管和散热器间寄生电容对传导干扰信号的影响。通过“场-路”联合及提取PCB寄生参数的方式,建立了开关电源板辐射EMI仿真模型,分别进行了谐振和远/近场辐射干扰仿真,对板上辐射区域、辐射量级、谐振频率及谐振模态做出了预测和分析,结果表明开关电源板输入端区域辐射干扰尤为严重。随后对开关电源板与设备结构进行了协同仿真分析,探究了不同布局结构下辐射场干扰分布及泄漏情况,对系统的布局优化和电磁兼容性能改善具有一定指导意义。
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