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题目:开关电源传导电磁干扰特性分析

关键词:开关电源;电磁干扰;时域分析;频域分析

  摘要


随着电子设备的大力发展,应用愈发广泛,人们对电子设备中占有重要地位的开关电源的性能提出了更高的要求。随着开关电源开关频率和功率密度不断的提高,电磁干扰问题已经成为不容忽视的问题。研究电磁干扰信号特性,建立电磁干扰源与电磁干扰信号的关系,无疑为电磁干扰信号识别技术提供了重要的理论基础,具有十分重要的意义。本文以直流降压电路为例进行分析,围绕传导干扰信号的时域特性以及频域特性进行了以下几方面研究。

首先,阐述了课题的研究背景,结合传导电磁干扰信号国内外研究现状,指出目前研究成果中存在的问题,从而引出本课题的研究意义。

其次,根据传导电磁干扰信号的耦合路径得出等效电路图,通过KVL定理列写微分方程,求解得出电流确切的时域响应函数;根据函数式分析电流时域响应波形,研究占空比、母线电压与上升沿时间三种开关参数和传导电磁干扰信号时域波形的关系,修正某些研究结论的同时,实现相关领域内从定性分析到定量分析;突破原有的采用矩形波、梯形波近似干扰源的方法,构造了一种多项式模型,使得传导电磁干扰源具有了统一的表达形式,并求解出其电流响应函数,避免了以往分析单一模型导致的重复工作。

然后,运用傅里叶原理及频谱理论分析了开关频率、占空比与传导电磁干扰信号频谱的关系,并求解出占空比和上升沿两种参数与传导电磁干扰信号中抵消频谱的关系式;提出一种简化算法,将对共模电流方程的分析转化成对阻抗方程的分析,快速有效地得到回路中寄生参数与传导电磁干扰信号频谱特点的关系,避免了由于数据量大、运算周期长而导致的高频仿真平台不能迅速得出结论的缺憾;在具体实例运用该简化算法,并根据等效电路图建立了频域响应的数学模型,得出该例中寄生参数与传导电磁干扰信号频谱的关系。

最后,考虑无源元件高频特性、功率半导体器件原理、电路结构等三个方面的因素,建立了完善的开关电源系统仿真平台,采用单一变量的方法对上述结论一一验证,结论与理论分析结果相一致。