Buck变换器远场辐射预测与改善技术研究

摘要

随着电力电子技术的不断进步,开关电源向高频化、高功率密度化方向迅速发展。与此同时,开关电源的电磁干扰问题也变得日益突出,电磁兼容设计已成为开关电源设计的重要指标。因此,对开关电源电磁辐射发射的分析预测及干扰抑制技术进行研究有着重要的理论意义和应用价值。本文以一台 Buck变换器为研究对象,分析了其电磁辐射机理及远场辐射特性,采用场路联合仿真技术建立了辐射模型,对其远场辐射进行了预测,并提出了几种简单的抑制辐射干扰的措施。本文主要工作如下:
　　论文首先研究了开关电源的电磁干扰特点及远场电磁辐射特性,分析了Buck变换器的电磁辐射机理,确定了辐射干扰源,结合实验验证了该方法的正确性。同时设计制作了一台Buck变换器,为其远场辐射仿真预测及辐射干扰抑制提供一个实验平台。
　　其次,提出了开关电源远场辐射预测方法,采用场路联合仿真技术对Buck变换器远场电磁辐射进行预测。即运用场和路的方法建立了Buck变换器高频等效电路以及电磁辐射模型,采用场路协同仿真技术对Buck变换器进行仿真预测,对比仿真与实测结果,二者总体趋势基本一致,从而验证了该预测策略的可行性及有效性。
　　最后,分析了输入输出线缆对开关电源远场辐射的影响,输入输出线缆增强了开关电源的共模辐射,针对该结构的变换器提出了简化的共模辐射模型。在抑制辐射干扰方面,本文主要针对辐射源来进行抑制。采用RC吸收电路吸收蓄存在开关器件寄生分布参数中的能量,进而降低辐射干扰;通过在输入输出线缆上加铁氧体磁环,减小线缆上的高频共模电流,进而抑制了其共模辐射干扰。

目录

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摘 要

Abstract

目 录

第1 章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 开关电源电磁辐射的国内外研究现状

1.2.1 电磁辐射机理及建模的研究

1.2.2 电磁辐射抑制技术

1.3 本文主要研究内容

第2 章 Buck 变换器辐射机理及其远场辐射分析

2.1 引言

2.2 Buck 变换器电磁辐射机理

2.2.1 Buck 变换器电磁干扰特点

2.2.2 Buck 变换器辐射机理

2.3 Buck 变换器远场辐射特性

2.3.1 辐射发射基本类型

2.3.2 远场辐射分析

2.4 Buck 变换器的设计

2.4.1 Buck 变换器参数设计

2.4.2 Buck 变换器 PCB 设计

2.4.3 Buck 变换器实测波形

2.5 本章小结

第3章 开关电源远场辐射预测策略及其数值计算方法

3.1 引言

3.2 Buck 变换器远场辐射预测策略

3.2.1 电磁兼容预测方法

3.2.2 场路联合预测技术

3.2.3 Buck 变换器远场辐射预测策略

3.3 部分元等效电路法

3.3.1 部分元等效电路法原理

3.3.2 部分电感及部分电容的计算

3.4 电磁数值计算方法

3.4.1 电磁数值计算方法

3.4.2 有限积分法

3.5 本章小结

第4 章 Buck 变换器远场辐射的建模和仿真

4.1 引言

4.2 Buck 变换器高频模型的建立

4.2.1 有源器件高频模型的建立

4.2.2 PCB 板高频参数的提取

4.3 时域电路仿真

4.3.1 时域仿真模型

4.3.2 时域仿真结果

4.4 Buck 变换器辐射模型及场仿真

4.4.1 Buck 变换器辐射模型

4.4.2 场仿真结果

4.5 仿真与实测结果对比

4.6 本章小结

第5 章 Buck 变换器远场辐射干扰的分析和改善技术

5.1 引言

5.2 Buck 变换器远场辐射影响因素分析

5.2.1 输入输出线缆对远场辐射的影响

5.2.2 Buck 变换器共模辐射模型

5.3 远场辐射干扰的抑制措施

5.3.1 二极管两端加 RC 吸收电路

5.3.2 输入输出线加铁氧体磁环

5.4 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢