开关电源的电磁兼容性分析与设计

摘要

随着科学技术的发展，开关电源在现在的社会中起着非常重要的作用，广泛应用于各个领域里。开关电源目前的发展在不断的向着小体积，高频率，高效率的方向延伸，一系列技术的更新和改善的同时也提高了对电磁干扰抑制的能力的要求。电磁兼容性问题在高频开关电源设计过程中显得非常密集。开关电源不仅是一个敏感设备容易受到外界的干扰，开关电源还是一个很大的干扰源，设计的过程中要考虑系统内部器件，导线间的干扰问题要考虑系统对外界的干扰程度。
　　本文以反激开关电源为研究对象，重点研究了电源系统中传导干扰和辐射干扰的来源和产生机理以及抑制方法，设计出了一套完整的笔记本电源的系统。本文的主要研究工作如下:
　　(1)本文介绍了反激开关电源的原理，对反激开关电源的进行了参数设计。通过对反激开关电源传导干扰产生机理和特点的分析，有针对性的对各个环节进行了EMC设计。并设计出了一套由220V转19V的反激开关电源系统。根据电容，电感的高频特性，对电路的各个模块建立了高频Saber模型，对其进行仿真，通过与理论计算进行对比，证实了理论计算结果的正确性。
　　(2)对产生电磁干扰的关键器件进行分析仿真，研究了寄生参数对开关电源系统的性能的影响。针对滤波器，开关管在Saber软件中进行了时域仿真分析，针对变压器在AnsoftMaxwell软件中进行了2D仿真。研究了不同程度的寄生参数对开关电源的性能的影响。通过对开关电源系统中辐射干扰机理的分析，对电源系统中的环路和PCB导线建立了等效天线的仿真模型。运用电磁仿真软件HFSS对仿真模型进行创建和分析。
　　(3)实现开关电源系统，并对系统进行实验测试。
　　本论文通过对开关电源系统的传导干扰和辐射干扰进行理论研究和模型建立，给出了开关电源设计中潜在的电磁干扰源的影响，设计过程中可以有针对性的采取相应的措施减少干扰的影响。对电磁干扰的仿真有助于开关电源印制板的制作以及缩短产品的开发周期。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景

1．2 研究目的及意义

1．3 开关电源EMC国内外研究现状与水平

1．3．1 开关电源电磁兼容传导干扰的国内外研究现状和水平

1．3．2 开关电源EMC国内外辐射干扰现状和水平

1．3．3 研究热点

1．4 本文的主要工作

第二章 开关电源的原理与总体设计

2．1 需求分析

2．2 开关电源电路设计

2．3 逆变电路

2．3．1 反激拓扑结构的工作原理

2．3．2 连续模式

2．3．3 断续模式

2．4 控制电路

2．5 辅助电源设计

2．6 开关电源的参数设计

第三章 开关电源的EMC电路设计

3．1 开关电源的EMI特点

3．1．1 外界产生的干扰

3．1．2 一次整流回路干扰

3．1．3 开关回路产生干扰

3．1．4 二次整流回路

3．1．5 变压器产生的干扰

3．1．6 开关管产生的干扰

3．1．7 寄生参数等干扰

3．1．8 辐射干扰

3．2 EMC电路设计

3．2．1 防雷设计

3．2．2 滤波设计

3．2．3 软启动设计

3．2．4 PFC设计

3．2．5 同步整流模块设计

3．2．6 过电压，过电流设计

3．3 开关电源的整体设计

第四章 EMC干扰分析

4．1 滤波器性能的研究

4．1．1 插入损耗

4．1．2 寄生参数对滤波器差模滤波特性的影响

4．1．3 寄生参数对滤波器共模滤波特性的影响

4．2 变压器

4．2．1 变压器的分布参数对开关电源的影响

4．2．2 有限元法

4．2．3 变压器的时域高频等效模型

4．2．4 变压器2D模型仿真

4．3 功率管分析

第五章 开关电源辐射干扰建模

5．1 偶极子模型

5．2 变换器回路辐射干扰模型

5．2．1 开关电源等效天线模型

5．2．2 变换器环路辐射特性仿真

5．3 PCB走线的辐射模型

第六章 PCB设计和结果验证

6．1 PCB设计

6．2 开关电源系统电路仿真

6．2．1 输出电压验证

6．2．2 输出纹波

6．2．3 功率管波形验证

6．2．4 PFC分析验证

6．2．5 辅助电源输出电压

6．3 实验结果

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作

致谢