開關電源傳導EMI預測探討

　　對開關電源進行頻域仿真，首先要建立開關電源的頻域仿真模型。開關電源EMI頻域預測的重點是對噪聲路徑的建模，其中包括：無源器件的高頻模型;PCB及結構寄生參數的抽取。

　　在考慮無源器件、PCB及結構寄生參數的基礎上，建立開關電源集中參數的電路模型，可以通過計算或仿真得到該電路的阻抗，諧振點等，從而為降低EMI提供有力的依據。

　　由于差模噪聲和共模噪聲的傳播路徑不同，有必要對DM 傳播路徑和CM 傳播路徑分別建模。這樣可以更好地分析各種干擾的特點，而且還可以為設計濾波器提供有力的依據。

　　4.1　噪聲源的模型建立

　　由于需要分別對DM 噪聲和CM 噪聲進行分析，所以對DM 噪聲源和CM 噪聲源也需要分別建模。M.Nave在文獻[3]中提出使用電流源作為DM 噪聲源，使用電壓源作為CM 噪聲源的方法，就是因為DM 噪聲主要由di/dt引起，而CM 噪聲則主要由dv/dt引起。文獻[4]在此基礎上對CM 噪聲源進行了改進，考慮了電壓過沖和下沖，并且在線路阻抗近似平衡的情況下，利用DM 電流源和一個電壓源來表示CM 噪聲源(如圖2所示)。

　　圖2　共模噪聲源的表示

　　文獻基本都是用梯形波來表示噪聲源的，但實際中并不是每個電路中的開關器件的波形都能很好地用梯形波近似，圖3所示即為一個反激電源開關管的電流電壓波形，除了梯形波之外，還有電流尖峰，電壓過沖和下沖等分量，會導致噪聲源的頻譜與梯形波有一定的不同。所以不能盲目地使用梯形波來表征噪聲源，而是需要對電路進行分析或者仿真，從而得到開關器件的電流或電壓波形，基于此波形再對噪聲源進行建模，這樣才能更精確地反映開關電源的電磁干擾。

　　圖3　某反激電源開關管的電流電壓波形

　　圖3　某反激電源開關管的電流電壓波形

　　4.2　無源器件的高頻模型

　　在EMI的頻率范圍內，常用的無源器件都不能再被認為是理想的，他們的寄生參數嚴重影響著其高頻特性。

　　在各種無源器件中，電阻、電感和電容的高頻等效寄生參數可以用高頻阻抗分析儀測得。表1所示為各種無源器件的理想模型和高頻等效模型。

　　表1　電阻、電容、電感及變壓器的高頻等效模型

　　對于高頻變壓器，提出可以使用有限元分析方法和實驗測量法求取，從而可以得到漏感、原副邊自電容和原副邊互電容這些引起電路震蕩、增加傳導EMI的主要參數。使用ansoft公司的Maxwell仿真軟件，可以通過輸入變壓器的繞組和磁芯的幾何尺寸與電磁參數，利用有限元分析的方法得到各寄生參數。實驗測量法的總體思路就是在所建立模型的基礎上，推導出變壓器在不同工作狀態下的阻抗特性(如原副邊繞組開路，短路的不同組合)方程，然后測量這些狀態下的阻抗，從而得到漏感和寄生電容。