开关电源电磁干扰传播通道模型的研究

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电力电子装置电磁兼容性能的研究涉及频率范围宽、影响因素多,是国内电力电子学术界和产业界很关心的问题,对其电磁干扰传播机理的分析、计算和测量均存在着大量的课题有待进行深入的研究。本文以一台小功率离线式PWM开关电源为例,对开关电源传导电磁干扰耦合通道的特性测量、电路模型的建立和分析、开关电源对电网等效电磁干扰模型的建立进行了研究。 本文首先提出新的测量方法,即通过测量在不同占空比下电压型电磁干扰源的电压波形和电流型电磁干扰源的电流波形,以及线路阻抗稳定网络LISN的50Ω电阻上的电磁干扰电压波形,可以得出开关电源典型传导干扰传播通道的传递函数,并进行了实验验证和误差分析。根据测量得到的特性,本文详细地分析了开关电源功率器件上dv/dt和di/dt对传导电磁干扰发射的作用,说明了传递函数与共模和差模传导干扰发射间的关系。 为考察电磁干扰传播通道的具体构成,本文利用阻抗仪测量开关电源电磁干扰发射布局中各个组件的阻抗特性,得出其各自高频模型。在忽略元器件间杂散耦合和非线性条件下,将上述元器件模型组合起来,得到了电磁干扰传播通道的电路模型,并用多种方式对模型的有效性进行了验证。利用PSPICE对模型进行了宽频带仿真,说明了微小参数引起的高峰值谐振现象。利用蒙特卡罗方法统计研究了模型参数分散性的影响。得出了开关电源共模干扰传播通道的简化模型并分析了其传递函数的特性。 建立开关电源对电网的等效电磁干扰源和等效内阻模型,对开关电源EMI滤波器的设计来讲是很有必要的。本文提出利用阻抗分析仪和示波器进行开关电源等效电磁干扰源和等效内阻抗测量的新方法,并细致地说明了测量的依据和步骤。对模型的仿真与实际测量结果的对比表明,等效模型是较为准确的。利用所建模型,指导了一个EMI滤波器的设计。 在本文对离线式PWM开关电源电磁干扰传播通道所建模型基础上,可以实现对模型中各元件参数灵敏度的分析,找到关键影响参数,为开关电源电磁兼容调试和电磁干扰预测提供有效的指导。
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