功率驅(qū)動(dòng)電路開關(guān)噪聲的電磁干擾特性研究.pdf

1、作為功率電子系統(tǒng)的核心，功率驅(qū)動(dòng)電路采用半導(dǎo)體開關(guān)器件，其開關(guān)變化產(chǎn)生的開關(guān)噪聲尤為突出，由此引起的電磁干擾(EMI)問題會(huì)使系統(tǒng)無法滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，甚至不能正常工作，并對(duì)其他電路系統(tǒng)造成影響。隨著功率電子系統(tǒng)向高速度、高集成、高電壓、大電流等趨勢(shì)發(fā)展，EMI問題會(huì)更加嚴(yán)重。然而，由于開關(guān)器件等引入了各種復(fù)雜寄生參數(shù)，導(dǎo)致電磁干擾源（開關(guān)噪聲）及其傳輸方式（傳導(dǎo)、輻射干擾）的建模與分析復(fù)雜性大大提高，傳統(tǒng)的建模和分析方法已不能

2、準(zhǔn)確判斷相關(guān)參數(shù)對(duì)EMI影響程度。因此，對(duì)功率驅(qū)動(dòng)電路中開關(guān)噪聲及電磁干擾特性研究至關(guān)重要。
　　本文以功率驅(qū)動(dòng)電路中的典型電路結(jié)構(gòu)單開關(guān)管電路和推挽結(jié)構(gòu)電路為研究對(duì)象，發(fā)光二極管照明(LED)驅(qū)動(dòng)電路和等離子顯示(PDP)驅(qū)動(dòng)電路為實(shí)際案例，重點(diǎn)研究開關(guān)噪聲非線性模型、時(shí)域頻域特性及基于等效傳輸路徑的EMI傳導(dǎo)特性、基于電磁仿真的EMI輻射特性等，并基于研究結(jié)果得到了有效抑制功率驅(qū)動(dòng)電路電磁干擾的方法。
　　本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

3、如下:
　　1、建立了基于狀態(tài)變量描述法的開關(guān)噪聲非線性模型。采用狀態(tài)變量描述法克服了傳統(tǒng)建模方法中沒有全面地考慮開關(guān)器件非線性的問題，并清晰地描述了相關(guān)參數(shù)與開關(guān)噪聲之間的解析關(guān)系，仿真和測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了不同條件下模型的準(zhǔn)確性?；谒Ｐ?，利用時(shí)域波形分解法及考慮測(cè)量帶寬的頻譜計(jì)算方法提取了開關(guān)噪聲的高頻特征。
　　2、建立了開關(guān)噪聲傳導(dǎo)干擾的解析模型。采用等效電路分析的方法兼顧了共模、差模干擾傳播路徑的差異及開關(guān)器件的不

4、同開關(guān)狀態(tài)，通過三維數(shù)值仿真進(jìn)行了功率驅(qū)動(dòng)電路中對(duì)地等效電容、輸入濾波電容、開關(guān)器件極間電容等參數(shù)對(duì)EMI影響程度的定量分析，彌補(bǔ)了時(shí)域電路模型不能準(zhǔn)確判斷關(guān)鍵參數(shù)的問題，為EMI抑制提供了依據(jù)。
　　3、實(shí)現(xiàn)了基于三維空間模型的驅(qū)動(dòng)電路全波電磁仿真。針對(duì)功率驅(qū)動(dòng)電路工作頻率與仿真頻率差距大的特殊性，采用線性化仿真方法顯著縮短了仿真時(shí)長(zhǎng)，重點(diǎn)分析了印刷電路板(PCB)表面電流分布、高頻電流環(huán)路面積、高頻電流幅值、輸入/輸出電纜長(zhǎng)度

5、等對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)輻射強(qiáng)度的影響。
　　4、根據(jù)上述分析，從減小開關(guān)噪聲、改變傳輸路徑兩個(gè)角度，分別優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電路中浮地電容、限流電阻等關(guān)鍵器件參數(shù)及PCB關(guān)鍵路徑布線的方法對(duì)兩個(gè)應(yīng)用案例進(jìn)行定量設(shè)計(jì)和測(cè)試驗(yàn)證。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，將等離子顯示(PDP)驅(qū)動(dòng)電路中開關(guān)噪聲控制在總電源電壓10％以下，噪聲峰值從191V下降至154V，近場(chǎng)輻射干擾平均降低約8dBμV，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性并使其滿足了產(chǎn)品EMI限定要求;將發(fā)光二極管(LED)驅(qū)動(dòng)電路中傳導(dǎo)