超高频Buck变换器远场共模辐射机理与预测方法研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunjun
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随着氮化镓开关的广泛应用,开关电源日益向着高频化、小型化发展。然而,高开关速度和紧密的结构也带来了更严峻的电磁干扰问题,给电磁兼容设计带来了更大的挑战。由于电磁辐射干扰形成机理的复杂性,开关电源的远场共模辐射的预测是一个亟需解决的难题。本文以两台不同拓扑的30MHz超高频Buck电源为研究对象,提取其各自的共模激励源,将两台电源等效为两个不同的辐射天线模型,进行辐射预测和实测验证,并对超高频开关电源的远场共模辐射进行特性分析和改善。本文的主要内容包括以下几个方面:首先,本文基于广义共模电压概念,给出共模激励源的提取方法。然后提出同向同幅值双激励源天线模型和反向同幅值双激励源天线模型两种基本模型,从而可将反向不同幅值双激励源天线等效为这两种模型的叠加。经过仿真验证,电流分布和辐射场分布与等效后的模型一致,证明了等效方法的有效性。然后,为了研究超高频开关电源的辐射特性,本文以一台超高频Buck电源作为研究对象。提取这台电源的共模激励源,在化简等效后,将超高频Buck电源等效为反向不同幅值双激励源的共模辐射天线模型。基于该模型,推导出远场辐射的解析算法,并应用这套算法计算了超高频Buck电源的远场辐射。在十米半电波暗室,对这台带输入输出线缆的30MHz超高频Buck电源进行远场辐射的测量,与解析计算结果对比,表明本文提出的等效辐射天线模型和解析算法可以预测超高频开关电源的远场辐射。其次,Buck电路存在多种拓扑形式,本文对一台开关接地型超高频Buck电源进行了辐射分析。提取出这台电源的共模激励源,将其等效为同向不同幅值双激励源的共模辐射天线模型。基于该模型,推导出远场辐射的解析算法。然后对这台超高频Buck电源进行远场辐射的测量,验证解析算法的有效性。最后,本文提出了几种开关电源的远场辐射抑制方法,并通过实验验证了所提设计的有效性。本研究将开关电源等效为双激励源的辐射天线模型,然后推导出相应的解析式来计算远场辐射值,并实验证明。该模型和方法对于电力电子辐射研究提供了新的基础理论,具有优良的理论意义和工业设计指导价值。对其他类型电子设备辐射也有参考价值。
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