基于S参数的EMI滤波器研究

摘要

传统的对称式 Boost变换器的两个功率电感是分立设计的,严重制约了变换器功率密度的提高;另外,它们所引起的互联线路的增长,也带来了很大的电磁干扰噪声(electromagnetic interference,EMI)。本论文经过对功率电感的集成设计,使得功率电感不但有普通电感的作用,同时还起到了抑制 EMI噪声的作用。
　　再次,论文提出一种调整变换器共模噪声源阻抗的方法。通过在对称式 Boost变换器的耦合电感上加入平衡绕组,并在平衡绕组的末端加入平衡阻抗实现。文中对比了不同噪声源阻抗下变换器的 EMI频谱,实验结果验证了文中方法的有效性。文中所涉及的端口网络均采用散射参数(scattering parameters,S参数)来描述,变换器的寄生电容通过有限元仿真得到。基于测得的 S参数和寄生电容的仿真结果,建立了平衡阻抗和 EMI滤波器共模插入损耗之间的关系,并对平衡阻抗的取值进行预测。论文提出的调整共模阻抗的方法可以扩大噪声源端阻抗失配,同时增大 EMI滤波器的共模插入损耗,从而降低 EMI噪声。本方法的优势在于即使EMI滤波器的元件布局及其参数是固定的,其性能仍可以通过调整平衡阻抗进行优化。因此,有效减少了传统 EMI滤波器的重复设计过程,同时也避免了 EMI滤波器的过设计问题。
　　最后,论文通过获取寄生电容参数并添加导体铜片增强变换器的对称度,实现共模噪声的消除。为了降低差模噪声,论文在保证耦合功率电感原有的滤波效果上,继续对集成电磁结构进行优化设计,使得集成磁件对于差模干扰实现有效滤除。集成电磁结构的设计包括电容的制备及带有辅助滤波器支路的磁件设计。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 解决 EMI 问题的主要方法

1.2 EMI 滤波器的设计方法及存在问题

1.3 散射参数描述端口网络

1.4 本论文的主要工作

第二章 具有共模电感作用的功率电感耦合方式研究

2.1 具有共模电感作用功率耦合电感的集成设计

2.2 实验结果

第三章 共模阻抗可调的对称式 Boost 变换器

3.1 阻抗失配原理

3.2 理论分析

3.3 有限元仿真获取寄生电容

3.4 平衡阻抗预测及整体设计流程

3.5 实验结果

3.6 小结

第四章 平衡阻抗调整 EMI 滤波器性能

4.1 设计思路

4.2 实现方式

4.3 实验结果

第五章 EMI 滤波器与耦合电感的集成研究

5.1 共模噪声抑制

5.2 差模噪声抑制

5.3 实验结果

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

研究成果