开关电源差模电流辐射干扰的模拟与分析-陈常杰(完整版)实用资料.doc

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1、开关电源差模电流辐射干扰的模拟与分析_陈常杰（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑 完整版实用资料，欢迎下载）开关电源差模电流辐射干扰的模拟与分析陈常杰路宏敏 李晓辉(西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安710071摘 要 文中采用电磁场数值模拟的方法对开关电源差模电流的辐射干扰进行了模拟,并对模拟的结果进行分析,得出了差模电流辐射的基本特性和闭合印制线回路的变化对它的影响。关键词 差模电流,辐射干扰,数值模拟。 中图分类号 TN031引言 开关电源的电磁干扰问题主要包括传导发射(conductedemission 干扰和辐射发射(radiatedemission干扰,电磁兼容中所谓的发射

2、,是指“从源向外发出电磁能的现象”,与一般通信领域中人为的向外发射电磁波不同,开关电源中的发射常常是无意的,如果不加以控制,就会对周围的电子设备产生严重的干扰。随着开关电源的小型化、高频和大功率电路设计,闭合印制线回路引起的辐射干扰(差模干扰已成为开关电源的主要辐射干扰源之一。研究闭合印制线回路的辐射规律对减小开关电源的辐射干扰有着重要的意义。2建立差模电流的辐射模型开关电源是利用半导体器件的截止和导通状态来工作的,并以“开”和“关”的时间比来控制输出电压的高低,由于其通常工作在20kHz 以上的开关频率工作,开关电源内的dv/dt、di/dt 很大,会在电感、电容上(或分布电感电容产生严重的

3、浪涌电压、浪涌电流和其他各种噪声。图1是典型的开关电源的简图和产生噪声的回路,含有大量高次谐波的噪声通过闭合回路向空间辐射电磁能量,即差模电流的辐射干扰。通常的闭合环形回路的形状都是不规则的,这里我们只讨论一般的模型,如图2所示。这是一种带有接地平面的正方形的闭合印制线环路,在回路的两端分别接有电压源和源内阻以及与源内阻相等的负载,当电压信号的频率较 高时,这种结构与方环形天线是非常相似的,成为一种严重的辐射源。图1开关电源的简图与产生噪声的回路图2正方形闭合印制线回路模型(回路尺寸:5cm5cm,印制线宽度:0.2cm,基板尺寸:13cm13cm,基板厚度:0.1cm3数值模拟对于建立好的模

4、型,可以通过电磁场的数值模拟软件来对其辐射特性进行分析。这里我们使用Ansoft 的HFSS (HighFrequencyStructureSimulator进行模拟。首先研究这种闭合印制线回路的面积发生变化时其辐射特性如何发生变化。当差模辐射用小环天线产生的辐射来模拟时,在距离辐射回路为r 的远场的电场强度为电子科技2004年第2期(总第173期负载阻抗(100电压源(1V,内阻100 开关电源差模电流辐射干扰的模拟与分析(a(b(c图3闭合回路尺寸为5cm5cm,频率为500MHz 时的远场(3m辐射方向图(V /msin /1(106.13126r SI f E =m /(V (1其中f

5、 (Hz为回路中电流信号的频率,S (2m 为回路面积,I (A 为电流强度,(为测量天线与辐射平面的夹角。我们根据图1所示的结构,取正方形闭合回路的边长分别为3cm 、4cm 、5cm 、6cm 和7cm 进行模拟,信号频率为500MHz。图3(a和图4分别为模拟得到的差模电流辐射的远场三维方向图(由于闭合回路的边长变化时其远场方向图是非常相似的,此处只给出边长为5cm 时的方向图和S -E 曲线,从中可以很明显看出由于印制线路板接地平面的存在使得差模辐射功率主要集中在接地平面上方。同时,远区辐射场的电场强度与回路面积呈线性变化关系(本文中的电场强度均指在闭合印制线回路最大辐射方向上的电场强

6、度,这与式(1是完全符合的。4结果分析闭合印制线回路的面积越大,差模电流所产生的辐射干扰就越严重。但是同样面积的闭合印制线回路,如果回路形状发生变化,不再是正方形结构,其产生的辐射干扰效果一样会随着变化,甚至产生相当大的差异。图5显示了当闭合印制线回路的面积保持252cm 不变时,矩形印制线回路源与终端所在的边分别为2cm 、3cm 、4cm 和5cm 时差模电流所产生的辐射干扰效果,且在频率为500MHz、1GHz 和1.5GHz 时分别进行研究。显然,频率增高,相同结构的闭合印制线回路产生的辐射干扰跟着增强,并且随着频率增高差模电流的辐射能量逐渐向印制线路板的正面“转移”,如图3所示。这是

7、因为频率的增高使得接地平面相对于差模电流信号的电尺寸变大,从而对闭合印制线回路的辐射场产生更大的反射效果。更为重要的是,随着闭合印制线回路由正方形逐渐变化为越来越狭长的矩形,差模电流所产生的辐射干扰显著减小,也就是说,即使闭合印制线回路的面积相同,适当地改变其形状,使之越来越狭长,同样可以减小相同强度的差模电流的辐射干扰。图4远场场强随闭合印制线回路面积变化的曲线图5闭合回路面积恒定,远区辐射场强随源与负载所在的边长度的变化曲线Scm2Lcm 开关电源差模电流辐射干扰的模拟与分析 (a(b(c图6差模电流的辐射干扰在X(a、Y(b、Z(c方向上的极化分量的三维方向图闭合印制线回路上流过的差模电

8、流产生的辐射干扰在各个极化方向上的分布是不同的。图6是矩形印制线回路的源和终端所在的边为3cm(回路面积为252cm时,频率为1.5GHz差模电流的辐射干扰在X、Y、Z方向上的极化分量的三维方向图。从图中可以看到,X和Z方向上的极化分量主要集中于印制板正面的X轴的两侧,而Y方向上的极化分量主要集中于印制板的正上方区域,并且沿Y方向的极化分量最大,分别为X、Y方向极化分量的2倍左右,对于源和终端所在边为2cm、4cm和5cm 时的闭合回路也是如此。根据印制线路板上差模电流的辐射特性,开关电源设计人员在进行印制线路板和机箱内部结构设计的时候可以从以下几个方面进行来考虑:(1通过改变闭合印制线回路的

9、形状,使之尽量狭长,可以有效地减小差模电流的辐射干扰影响。(2根据差模电流在各个极化方向上的辐射程度的不同,尽量使临近印制板上的印制线或元器件在较大辐射水平的极化方向上有最小的电长度,这样可以保证它们耦合到较少的电磁能量。(3在对机箱内部的电缆进行布线设计时,确保电缆在较大辐射量的极化方向上的电长度最小,从而使电缆耦合到的电磁能量最小。(4确定得到最小的机箱对外辐射效果的通风窗或者是观察窗的位置和结构。通风窗或观察窗应尽可能的安装在辐射量较低的位置,如果通风窗或观察窗是由矩形孔构成的,还应该考虑辐射场在窗口位置的各个方向的极化水平,尽量使矩形孔的长边不在辐射量最大的极化方向上,以便使从机箱辐射

10、出去的电磁能量最小。对以上几点进行考虑的时候还要综合其他结构的干扰源的辐射效果,比如继电器、散热器和电缆产生的辐射干扰,而这些都是可以通过数值或者解析的方法得到。5结论从对开关电源差模电流的辐射干扰进行电磁场数值模拟的结果可以看出,差模电流的辐射干扰随着闭合回路的面积增加而增强,并呈线性变化,频率的增高也使差模电流的辐射能量更集中于接地平面的上方。更为重要的是,相同面积的闭合回路,回路的形状越来越狭长,差模电流引起的辐射干扰就越来越小。同时,差模电流的辐射干扰在各个极化方向上有不同的分布。这些差模电流的辐射特性可以作为进行开关电源印制线路板设计和机箱内部的电磁兼容性设计的依据。参考文献2白同云

11、,吕晓德.电磁兼容设计.北京:北京邮电大学出版社,2001.3.4AnsoftHFSSVersion8.0Training.AnsoftCorporati-on,2001.作者简介陈常杰(1981,男,研究方向是电磁兼容。(下转第60页20t/h煤锅炉自控系统设计4结论这种分散型控制系统在目前技术水平下,是20t/h燃煤锅炉最为合理先进和可靠的自控系统方案。该方案充分实现了危险分散、管理操作集中的现代控制理论,在我国工业锅炉控制领域,具有较好的推广、应用价值。零陵卷烟厂的煤锅炉采用该自控系统投运半年多来,系统稳定可靠,极大地减轻了工人的劳动强度。参考文献品,1996,21(7:1315.2张连

12、春,锅炉微机自控系统硬件设计.丹东师专学报,1997,18(3:2427.能源技术.1999,23(2:1819.作者简介康香英(1975,女,电气助理工程师,从事电气设备管理工作。The Autocontrol System Design of 20t/h Coal BoilerKang Xiangying Sun Shanqin( The Bearing-Fire Material Factory of the Xiangtan Steel Company, Hunan Xiangtan 411102, China Abstract The current condition of the

13、 coal boiler control system in China is analyzed. The author proposes controlling the coal boiler by adopting Honeywell Companys new intelligent apparatusUDC 63000 and gives adetailed description of the scheme for adopting this method as well as an analysis of the features and advantages of thiscont

14、rol system.Keywords boiler, process control, UDC6300.(上接第53页Speeding up Line-brush AlgorithmDang Zhonghua Tian Y umin(Research Inst. of Computer Peripherals,Xidian Univ,Xian 710071,ChinaAbstract This paper proposes a speeding-up line-brush algorithm, which is based on the conventional Bresenham algo

15、rithm and draws on the conceptions of the auto-adaptive step straight-line algorithm, with the property that wide lineswill be rendered straightforward by the plotter with a y-monotone. Analysis and evaluation results show that the newalgorithm is more accurate and faster.Keywords wide line, line br

16、ush, y-monotone, bresenham, auto-adaptive step.(上接第56页Simulation and Analysis on Radiated Emission Interferenceof Differential Mode Current in SMPSChen Changjie Lu Hongmin Li Xiaohui( School of Electronic Engineering, Xidian University, Xian 710071 Abstract Radiated emission interference caused by d

17、ifferential mode current in SMPS is simulated by using the numerical method in the electromagnetic field, and its result is analyzed, from which are derived the basic characteristicof radiated emission caused by differential mode current and the effect of the variation of closed printed circuit loop

18、 onthe emission.Keywords differential mode current, radiated emission interference, numerical simulation.开关电源电磁干扰分析及抑制日期：2005-11-15来源：电源技术应用 王 凡 王志强字体：大 中 小 摘要：开关电源由于本身工作特性使得电磁干扰问题相当突出。从开关电源电磁干扰的模型入手论述了开关电源电磁兼容问题产生的原因及种类，并给出了常用的抑制开关电源电磁干扰的措施、滤波器设计及参数选择。 关键词：开关电源；电磁干扰；分析与抑制引言近年来，开关电源以其效率高、体积小、输出稳定性好的

19、优点而迅速发展起来。但是，由于开关电源工作过程中的高频率、高di/dt和高dv/dt使得电磁干扰问题非常突出。国内已经以新的3C认证取代了CCIB和CCEE认证，使得对开关电源在电磁兼容方面的要求更加详细和严格。如今，如何降低甚至消除开关电源的EMI问题已经成为全球开关电源设计师以及电磁兼容（EMC）设计师非常关注的问题。本文讨论了开关电源电磁干扰形成的原因以及常用的EMI抑制方法。1 开关电源的干扰源分析开关电源产生电磁干扰最根本的原因，就是其在工作过程中产生的高di/dt和高dv/dt，它们产生的浪涌电流和尖峰电压形成了干扰源。工频整流滤波使用的大电容充电放电、开关管高频工作时的电压切换、

20、输出整流二极管的反向恢复电流都是这类干扰源。开关电源中的电压电流波形大多为接近矩形的周期波，比如开关管的驱动波形、MOSFET漏源波形等。对于矩形波，周期的倒数决定了波形的基波频率；两倍脉冲边缘上升时间或下降时间的倒数决定了这些边缘引起的频率分量的频率值，典型的值在MHz范围，而它的谐波频率就更高了。这些高频信号都对开关电源基本信号，尤其是控制电路的信号造成干扰。 开关电源的电磁噪声从噪声源来说可以分为两大类。一类是外部噪声，例如，通过电网传输过来的共模和差模噪声、外部电磁辐射对开关电源控制电路的干扰等。另一类是开关电源自身产生的电磁噪声，如开关管和整流管的电流尖峰产生的谐波及电磁辐射干扰。如

21、图1所示，电网中含有的共模和差模噪声对开关电源产生干扰，开关电源在受到电磁干扰的同时也对电网其他设备以及负载产生电磁干扰（如图中的返回噪声、输出噪声和辐射干扰）。进行开关电源EMI/EMC设计时一方面要防止开关电源对电网和附近的电子设备产生干扰，另一方面要加强开关电源本身对电磁骚扰环境的适应能力。下面具体分析开关电源噪声产生的原因和途径。1.1 电源线引入的电磁噪声电源线噪声是电网中各种用电设备产生的电磁骚扰沿着电源线传播所造成的。电源线噪声分为两大类：共模干扰、差模干扰。共模干扰（Common-mode Interference）定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差；差模干扰（D

22、ifferential-mode Interference）定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。两种干扰的等效电路如图21所示。图中CP1为变压器初、次级之间的分布电容，CP2为开关电源与散热器之间的分布电容（即开关管集电极与地之间的分布电容）。如图2（a）所示，开关管V1由导通变为截止状态时，其集电极电压突升为高电压，这个电压会引起共模电流Icm2向CP2充电和共模电流Icm1向CP1充电，分布电容的充电频率即开关电源的工作频率。则线路中共模电流总大小为（Icm1Icm2）。如图2（b）所示，当V1导通时，差模电流Idm和信号电流IL沿着导线、变压器初级、开关管组成的回路流通。由等

23、效模型可知，共模干扰电流不通过地线，而通过输入电源线传输。而差模干扰电流通过地线和输入电源线回路传输。所以，我们设置电源线滤波器时要考虑到差模干扰和共模干扰的区别，在其传输途径上使用差模或共模滤波元件抑制它们的干扰，以达到最好的滤波效果。图2 1.2 输入电流畸变造成的噪声开关电源的输入普遍采用桥式整流、电容滤波型整流电源。如图3所示，在没有PFC功能的输入级，由于整流二极管的非线性和滤波电容的储能作用，使得二极管的导通角变小，输入电流i成为一个时间很短、峰值很高的周期性尖峰电流。这种畸变的电流实质上除了包含基波分量以外还含有丰富的高次谐波分量。这些高次谐波分量注入电网，引起严重的谐波污染，对

24、电网上其他的电器造成干扰。为了控制开关电源对电网的污染以及实现高功率因数，PFC电路是不可或缺的部分。1.3 开关管及变压器产生的干扰主开关管是开关电源的核心器件，同时也是干扰源。其工作频率直接与电磁干扰的强度相关。随着开关管的工作频率升高，开关管电压、电流的切换速度加快，其传导干扰和辐射干扰也随之增加。此外，主开关管上反并联的钳位二极管的反向恢复特性不好，或者电压尖峰吸收电路的参数选择不当也会造成电磁干扰。开关电源工作过程中，由初级滤波大电容、高频变压器初级线圈和开关管构成了一个高频电流环路。该环路会产生较大的辐射噪声。开关回路中开关管的负载是高频变压器初级线圈，它是一个感性的负载，所以，开

25、关管通断时在高频变压器的初级两端会出现尖峰噪声。轻者造成干扰，重者击穿开关管。主变压器绕组之间的分布电容和漏感也是引起电磁干扰的重要因素。1.4 输出整流二极管产生的干扰理想的二极管在承受反向电压时截止，不会有反向电流通过。而实际二极管正向导通时，PN结内的电荷被积累，当二极管承受反向电压时，PN结内积累的电荷将释放并形成一个反向恢复电流，它恢复到零点的时间与结电容等因素有关。反向恢复电流在变压器漏感和其他分布参数的影响下将产生较强烈的高频衰减振荡。因此，输出整流二极管的反向恢复噪声也成为开关电源中一个主要的干扰源。可以通过在二极管两端并联RC缓冲器，以抑制其反向恢复噪声。 1.5 分布及寄生

26、参数引起的开关电源噪声开关电源的分布参数是多数干扰的内在因素，开关电源和散热器之间的分布电容、变压器初次级之间的分布电容、原副边的漏感都是噪声源。共模干扰就是通过变压器初、次级之间的分布电容以及开关电源与散热器之间的分布电容传输的。其中变压器绕组的分布电容与高频变压器绕组结构、制造工艺有关。可以通过改进绕制工艺和结构、增加绕组之间的绝缘、采用法拉第屏蔽等方法来减小绕组间的分布电容。而开关电源与散热器之间的分布电容与开关管的结构以及开关管的安装方式有关。采用带有屏蔽的绝缘衬垫可以减小开关管与散热器之间的分布电容。如图4所示，在高频工作下的元件都有高频寄生特性2，对其工作状态产生影响。高频工作时导

27、线变成了发射线、电容变成了电感、电感变成了电容、电阻变成了共振电路。观察图4中的频率特性曲线可以发现，当频率过高时各元件的频率特性产生了相当大的变化。为了保证开关电源在高频工作时的稳定性，设计开关电源时要充分考虑元件在高频工作时的特性，选择使用高频特性比较好的元件。另外，在高频时，导线寄生电感的感抗显著增加，由于电感的不可控性，最终使其变成一根发射线。也就成为了开关电源中的辐射干扰源。2 开关电源EMI抑制措施电磁兼容的三要素是干扰源、耦合通路和敏感体，抑制以上任何一项都可以减少电磁干扰问题。开关电源工作在高电压大电流的高频开关状态时，其引起的电磁兼容性问题是比较复杂的。但是，仍符合基本的电磁

28、干扰模型，可以从三要素入手寻求抑制电磁干扰的方法。 2.1 抑制开关电源中各类电磁干扰源为了解决输入电流波形畸变和降低电流谐波含量，开关电源需要使用功率因数校正（PFC）技术。PFC技术使得电流波形跟随电压波形，将电流波形校正成近似的正弦波。从而降低了电流谐波含量，改善了桥式整流电容滤波电路的输入特性，同时也提高了开关电源的功率因数。软开关技术是减小开关器件损耗和改善开关器件电磁兼容特性的重要方法。开关器件开通和关断时会产生浪涌电流和尖峰电压，这是开关管产生电磁干扰及开关损耗的主要原因。使用软开关技术使开关管在零电压、零电流时进行开关转换可以有效地抑制电磁干扰。使用缓冲电路吸收开关管或高频变压

29、器初级线圈两端的尖峰电压也能有效地改善电磁兼容特性。输出整流二极管的反向恢复问题可以通过在输出整流管上串联一个饱和电感来抑制，如图5所示，饱和电感Ls与二极管串联工作。饱和电感的磁芯是用具有矩形BH曲线的磁性材料制成的。同磁放大器使用的材料一样，这种磁芯做的电感有很高的磁导率，该种磁芯在BH曲线上拥有一段接近垂直的线性区并很容易进入饱和。实际使用中，在输出整流二极管导通时，使饱和电感工作在饱和状态下，相当于一段导线；当二极管关断反向恢复时，使饱和电感工作在电感特性状态下，阻碍了反向恢复电流的大幅度变化，从而抑制了它对外部的干扰。图5 2.2 切断电磁干扰传输途径-共模、差模电源线滤波器设计电源

30、线干扰可以使用电源线滤波器滤除，开关电源EMI滤波器基本电路如图6所示。一个合理有效的开关电源EMI滤波器应该对电源线上差模干扰和共模干扰都有较强的抑制作用。在图6中CX1和CX2叫做差模电容，L1叫做共模电感，CY1和CY2叫做共模电容。差模滤波元件和共模滤波元件分别对差模和共模干扰有较强的衰减作用。共模电感L1是在同一个磁环上由绕向相反、匝数相同的两个绕组构成。通常使用环形磁芯，漏磁小，效率高，但是绕线困难。当市网工频电流在两个绕组中流过时为一进一出，产生的磁场恰好抵消，使得共模电感对市网工频电流不起任何阻碍作用，可以无损耗地传输。如果市网中含有共模噪声电流通过共模电感，这种共模噪声电流是

31、同方向的，流经两个绕组时，产生的磁场同相叠加，使得共模电感对干扰电流呈现出较大的感抗，由此起到了抑制共模干扰的作用。L1的电感量与EMI滤波器的额定电流I有关，具体关系参见表1所列。表1 电感量范围与额定电流的关系额定电流I/A电感量L/mH182332460.40.8100.20.3120.10.15150.00.08 实际使用中共模电感两个电感绕组由于绕制工艺的问题会存在电感差值，不过这种差值正好被利用作差模电感。所以，一般电路中不必再设置独立的差模电感了。共模电感的差值电感与电容CX1及CX2构成了一个型滤波器。这种滤波器对差模干扰有较好的衰减。除了共模电感以外，图6中的电容CY1及CY

32、2也是用来滤除共模干扰的。共模滤波的衰减在低频时主要由电感器起作用，而在高频时大部分由电容CY1及CY2起作用。电容CY的选择要根据实际情况来定，由于电容CY接于电源线和地线之间，承受的电压比较高，所以，需要有高耐压、低漏电流特性。计算电容CY漏电流的公式是ID=2fCYVcY式中：ID为漏电流；f为电网频率。一般装设在可移动设备上的滤波器，其交流漏电流应1mA；若为装设在固定位置且接地的设备上的电源滤波器，其交流漏电流应3.5mA，医疗器材规定的漏电流更小。由于考虑到漏电流的安全规范，电容CY的大小受到了限制，一般为2.233nF。电容类型一般为瓷片电容，使用中应注意在高频工作时电容器CY与

33、引线电感的谐振效应。差模干扰抑制器通常使用低通滤波元件构成，最简单的就是一只滤波电容接在两根电源线之间而形成的输入滤波电路（如图6中电容CX1），只要电容选择适当，就能对高频干扰起到抑制作用。该电容对高频干扰阻抗甚底，故两根电源线之间的高频干扰可以通过它，它对工频信号的阻抗很高，故对工频信号的传输毫无影响。该电容的选择主要考虑耐压值，只要满足功率线路的耐压等级，并能承受可预料的电压冲击即可。为了避免放电电流引起的冲击危害，CX电容容量不宜过大，一般在0.010.1F之间。电容类型为陶瓷电容或聚酯薄膜电容。 2.3 使用屏蔽降低电磁敏感设备的敏感性抑制辐射噪声的有效方法就是屏蔽。可以用导电性能良

34、好的材料对电场进行屏蔽，用磁导率高的材料对磁场进行屏蔽。为了防止变压器的磁场泄露，使变压器初次级耦合良好，可以利用闭合磁环形成磁屏蔽，如罐型磁芯的漏磁通就明显比E型的小很多。开关电源的连接线，电源线都应该使用具有屏蔽层的导线，尽量防止外部干扰耦合到电路中。或者使用磁珠、磁环等EMC元件，滤除电源及信号线的高频干扰，但是，要注意信号频率不能受到EMC元件的干扰，也就是信号频率要在滤波器的通带之内。整个开关电源的外壳也需要有良好的屏蔽特性，接缝处要符合EMC规定的屏蔽要求。通过上述措施保证开关电源既不受外部电磁环境的干扰也不会对外部电子设备产生干扰。3 结语如今在开关电源体积越来越小，功率密度越来

35、越大的趋势下。EMI/EMC问题成为了开关电源稳定性的一个关键因素，也是一个最容易忽视的方面。开关电源的EMI抑制技术在开关电源设计中占有很重要的位置。实践证明，EMI问题越早考虑、越早解决，费用越小、效果越好。第卷第期年月中国电机工程学报文章编号：（）一中图分类号：；文献标识码：学科分类号：开关电源变换器传导干扰分析及建模方法孟进，马伟明，张磊，赵治华（海军工程大学电力电子技术研究所，湖北省武汉市）矾，（缸，耐，）（）骶嘶叩柚；曲锄山乱。西工：；廿；懈摘要：电磁干扰的复杂性在于缺乏干扰源和干扰耦合通道的精确描述，实施干扰预测常常依赖于设计者的经验或庞大的数值仿真模型。该文针对应用广泛的开关电

36、源变换器提出一种传导干扰分析和建模预测方法。基于时域测量波形诊断干扰与开关动作的本质作用关系，对种主导干扰模式的产生机理和耦合通道分别进行了分析和研究。根据不同模式干扰的传播通道等效出相应的电路模型，并给出了模型参数的测量及计算方法。实验测试结果证实了该文方法的正确性。关键词：电力电子；电磁兼容；传导干扰；耦合通道；开关电源变换器引言开关电源变换器广泛地应用于各种电力电子基金项目：高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划项目（教人司】号）。系统中。准确地预测开关电源变换器产生的电磁干扰（）对于解决系统级的电磁兼容（）问题有较强的实际意义【】。在预测应用中最基本的预测模式是“干扰源干扰耦合通道预测干

37、扰”。以往的研究工作主要侧重于对开关电源变换器开关特性的描述和电路分布参数的抽取上，尽可能的用电路或数学模型来描述机理，采取全时域仿真或频域计算的方法得到电压和电流及频谱【】。由于考虑的参数多，往往需要庞大的计算量而费时费力。另外，基于实验测量获取等效干扰源和阻抗的方法可以较快地对实施定量分析【。但是由于采用了近似等效的测试方法而忽略了干扰机理的分析，抓不住干扰的主要耦合通道势必会带来一定的误差。针对以上所述，本文提出了一种相对简单且精确的分析和建模方法。主导思想是根据输入级整流桥的工作状态将干扰分为种主导模式，结合大量的实验分析每一种模式下干扰与开关动作的本质作用关系，确定主要的干扰源和主要

38、的耦合通道，求出干扰等效电路，实现干扰的可描述。干扰机理分析及主要耦合通道概述本文的研究对象拓扑如图所示的半桥式开关电源变换器。考虑到目前大量应用的开关电源都是采取级联的形式，因此这样的拓扑结构具有一定的代表性。在图中用标准的来测量接收噪声干扰电压，主要由电感、电容和两个的电阻万方数据，、中国电机工程学报第卷组成。在传导干扰频率上（），两个出的电感表现为高阻抗，而两个肛的电容表现为低阻抗，耦合在两个电阻上的电压和为传导电压。按照一般的定义，差模（）噪声为两个电阻上电压差的，共模（）噪声为两个电阻上平均电压，有（），（）（），（）图半桥式开关整流器传导测量布置睢、！帆利用高精度多通道示波器测得变

39、换器在稳态时的电压电流波形如图所示，分别是差模电压、共模电压、线电压和线电流。图中的线电流波形显示，输入级的二极管整流桥只在两个较小（分别约为，共相当于整流周期的）的时间段导通。这是由于整流桥直流侧电容和在稳态工作时的嵌位作用：当线电压幅值高于电容的嵌位电压时，整流桥导通，反之则关断。从图中可以看到，测得电压的幅度随着整流桥工作状态的不同有所变化，即在整流桥导通时干扰小，在关断时反而大【卜。电压和整流桥的工作状态无关。以前的研究【】却认为，不考虑由换相过程引起的干扰时，二极管整流桥导通时，变换器在网侧引起的于扰大。事实上，在文献】中的结论只是在没有发射时才成立，但是这个条件往往很难满足。下面将

40、基于测量结果对图中的现象逐一进行解释。 图，电压和线电压电流波形嬲珊简化整流器主电路在稳态工作时，两个电解电容和将整流桥直流侧输出嵌位在一个稳定的电压上。因此，在稳态时和可等效为两个带有内阻抗的直流电压源和耽。由于，故。以下的分析选取地电位为参照电位。如图中和均处于关断时，有忙，忙，一班，玖眦，情以。划口一一上：一百哂、亿图简化的整流器稳态模型混合（）干扰模式由图所示，以线电压的正半周为例。在曲和间隔，由于魄，故，咏，二极管和反向偏置，整流桥处于关断状态。在开关】开通的瞬间，诈，点的电位被瞬间下拉到电位。由于，正向偏置而导通，同时咏，反向偏置。干扰电流通过尺、和构成回路，如图（）中的粗线所示。

41、在开关开通的瞬间，忙卸，点的电位被瞬间上拉到电位。由于协，正向偏置导通，同时坛，反向偏置。干扰电流通过、和飓构成回路，如图（）所示。在图（）给出的测量结果中证明了以上分析是正确的。为两端的电压。由开通引起的高的电压跃变产生了反向（为负）流经尺】的干扰电流，此时上无干扰电流，。则一眦，一。由开通引起的高伽的电压跃变产生了正向（为正）流经尺的干扰电流，此时上无干扰电流，比。此时，电压为，电压为。由于这种模式同时产生和噪声，且二者的幅值完全相等，故称其为混合模式（）干扰。本质差模（）干扰模式由于实际测试中得到的电压不可避免有干扰，为了表示区别，这里称整流桥导通时的万方数据第期孟进等：开关电源变换器传导干扰分析及建模方法（）。二一