反激電源開關管的電流電壓波形

發布時間:2020/7/25 16:45:04 訪問次數:2792

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。

TPA3107D2PAPT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。

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。

元器件選取、電路及其結構設計，PCB的布局、布線設計、線路板加工對電磁兼容會造成很大影響，是一個非常重要的設計環節。由于開關電源的 PCB布線基本上都是依據經驗手工布置，有很大的隨意性，這就增加了PCB分布參數提取的難度。PCB的寄生參數會造成開關電源噪聲傳播途徑的阻抗變化，影響控制器對開關電源輸出電壓電流的控制作用。PCB的布局不合理還會形成開關電源向外輻射電磁干擾的途徑，同時也會通過該途徑吸收外界電磁干擾，從而降低開關電源的電磁干擾抗擾度。所以PCB的布局布線是開關電源EMC設計中極為重要的環節。

對于傳導干擾，寄生參數的提取精確度是通過仿真有效預測EMI水平的關鍵。盡管對于結構簡單的元件來說，寄生參數是很容易計算的，但是對于復雜結構中的元件來說，并不是那么容易就能得到寄生參數，例如多層板和直流母線的寄生參數。

開關電源PCB的高頻模型，需要對PCB的結構寄生參數進行抽取。提取PCB寄生參數的方法有很多，其中TDR（時域反射）方法可以在不知道實際幾何形狀的情況下對寄生電感和寄生電容進行提取，但是TDR（時域反射）方法需要時域反射儀，用于樣機建成后，這就使開發成本大大增加，而且TDR 方法不能尋找到復雜結構中的耦合效應；然而FEA（有限元分析）方法則可以克服這一缺點，用于樣機建成前。利用FEA工具可以準確地得到PCB的寄生參數，并能考慮復雜幾何結構的耦合情況。

對PCB結構進行寄生參數抽取軟件，如InCa，SIwave，Q3D]　　J.Ekman提出了基于寄生參數矩陣的等效電路的建立方法，即把所有互感、互容等效成受控的電壓源，與自感、自容連接（相當于把所有互感、互容對電路的影響等效到受控電壓源上），從而建立等效電路模型。圖4所示為任意兩個節點間的等效電路模型。

式中：Lpmn為m和n兩導線間的互感。

提高仿真的準確性，但是加大了分析的計算量，可以通過忽略一些對結果影響不是很大的互感、互容，減少計算量。

散熱片與開關管之間會有電容效應，噪聲可以通過該效應在電路和地之間進行傳播，對散熱片在開關電源傳導和輻射干擾中的影響。

還有其他的在空間通過電感或電容耦合傳到接收器的噪聲，不可以忽略。

使用仿真軟件對開關電源EMI進行仿真，得到開關電源傳導EMI的頻譜波形，通過分析波形可以定位開關電源EMI的問題所在，進而通過解決該問題而降低EMI。

降低開關電源EMI，需要從噪聲源和傳播路徑入手。首先，對于噪聲源，可以通過加吸收電路，減小di/dt和dv/dt來降低其EMI水平，但是這樣一來，開關電源的效率將會受到影響，需要對這兩者進行一定的取舍。

對傳播路徑進行改進。改進的目的是要使傳播路徑對于干擾的阻抗增大，阻斷其向接收器的傳播，而對于電網提供的功率，阻抗要小，從而增加開關電源的工作效率。

選取元件時需要盡量選取寄生參數影響小的元件，比如電容的ESR和ESL要盡量小，電感的寄生電容要小等。在PCB以及散熱片的位置等設計過程中，也要盡可能增大對干擾傳播路徑的阻抗，使噪聲盡可能少的通過PCB路徑傳導到接收器。

降低EMI的措施都完成了還沒有達到EMC的標準，就可以根據前面仿真分析得到的差模和共模干擾的波形對濾波器進行設計。在設計濾波器的時候，也同樣要注意元件的布局，還有PCB寄生參數對濾波器阻抗的影響，其本質也是增大對干擾的阻抗，使干擾無法通過傳播路徑。開關電源設計流程。

開關電源傳導干擾的預測方法有時域方法和頻域方法兩種，由于時域方法需要使用很小的計算步長，需要花費很長的計算時間，容易出現仿真結果不收斂的問題。同時，時域仿真得到的結果往往不能清晰地分析電路中各個變量對干擾的影響。而頻域仿真物理意義清晰，更容易判斷各參數對EMI的影響，能夠為降低EMI提供有力依據，關鍵問題是建立合理的干擾源和傳播途徑的頻域模型。

對于PCB寄生參數的提取，有很多軟件，這些軟件適合的領域不盡相同，可以根據任務需求進行選擇。

對于高頻等效電路模型，可以通過電路分析的方法忽略一些對EMI影響很小的互感、互容等因素，既減少計算量，又不會降低過多的計算精度。