开关电源辐射EMI的建模与仿真研究

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开关电源较之于线性电源,具有体积小、重量轻、效率高等优势,使得它在电子产品的供电电源中占据统治地位。开关电源部件中的功率器件动作所形成的电磁干扰,既有可能影响到电子产品的其他部分电路的正常运行,也有可能影响到开关电源自身控制电路的正常工作。因此,解决好开关电源的电磁兼容问题对整个电子产品的可靠性设计具有至关重要的作用。国内外有关开关电源中电磁干扰抑制问题的研究大多集中在传导干扰的研究上,对辐射干扰研究较少,且在抑制方案选择上缺乏科学的、系统的思路。对于辐射干扰的仿真,也仅限于分析开关电源自身及附近空间的电磁场分布,没有考虑对实际敏感电路的干扰情况。本文以一种典型的Boost变换器为研究对象,首先对开关电源中存在的电磁辐射干扰问题进行了理论分析,并介绍了电磁辐射的相关理论。然后,针对以往仅对开关电源附近的空间区域进行场分布仿真,而没有对实际的敏感电路中的干扰情况进行分析这一局限性,本文利用有限元仿真分析软件AnsoftHFSS建立了包括机箱、机箱内外敏感电路及开关电源的整体模型,分析得到了机箱内外敏感电路中的场分布,说明了开关电源能够更加直接地反映出开关电源对其他电路的干扰程度。由于现有抑制电磁辐射干扰的方案选择多依赖经验或理论分析,尚没形成科学的、系统的设计方法。本文选取影响屏蔽效果的重要因素之一,即屏蔽体材料作为研究对象,论述了如何合理地选择屏蔽方案进行抑制辐射干扰,选取屏蔽体材料作为影响屏蔽效果的自变量,在AnsoftHFSS软件中仿真比较了三种不同屏蔽材料在不同频率下的屏蔽效果,得出较为合理的屏蔽方案,为开关电源的电磁兼容设计提供了一种新思路。
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