一种Buck电路的电磁兼容分析

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（）１０００５８１１２０１１０４００８２０３－－－文章编号：
一种Ｂｕｃｋ电路的电磁兼容分析〗
冯德虎１，史永胜２，赵慧荣２
（陕西工业职业技术学院机电学院，陕西咸阳７陕西科技大学电气与信息工程学院，陕西西１．１２０００；２．）安７１００２１
图３脉冲信号上的电压电流图４直流电源上的电压电流
（）电阻上的电流电压图５（）电容上的电流电压图５ａｂ
源自文库
（）（）二极管两端的电流电压图５ｃｄ电感上的电流电压图５
陕西科技大学学报第２ ·８９卷４·
（，，；１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎＳｈａａｎｘｉＰｏｌｔｅｃｈｎｉｃＩｎｓｔｉｔｕｔｅＸｉａｎａｎ１２０００，Ｃｈｉｎａ２．Ｓｃｈｏｏｌｏｆｇｇｙｙｇ７，，，ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｉｎｅｅｒｉｎｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅａｃｈｏｎｏｌｏｉ ′ ａｎ７１００２１ＣｈｉｇｇＳｙｇｙＸ－）ｎａ
在电感线圈未饱和前，电流线性增加，在负载Ｒ上流过电流线圈Ｌ，两端输出电压Ｖ０，极性为上正下负．当ｉ电容在充电状ｉｉ０，ｓ＞０时，，（／态这时二极管Ｄ经时间ＤＴｔＴｔ１承受反向电压．ｓ后Ｄ＝ｏｎｓ，ｏｎ为，），，当开关管截止时线圈Ｌ中的磁场将改开关导通时间Ｔｓ为周期变线圈Ｌ两端的电压极性，以保持其电流不变．负载Ｒ两端的电压在ｉ有利于维持ｉ仍是上正下负．ｉＶ０Ｌ＜０时电容处在放电状态，０、压式变换器．，，输入直流电源Ｕｉ设为１脉冲信号源幅度Ｕｓ＝５Ｖ，上升时间Ｔμ ＝０下降时间ＴＦ＝００Ｖ，．１ｎｓ．１ｎｓ，脉冲宽度ＰＷ＝１ｎ周期ＰＥＲ＝２μ ｓｓ．图２Ｂｕｃｋ电路图不变，此时续流二极管Ｄ承受正向偏压为电流ｉ变换器输出电压Ｖ０小于电源电压Ｕｓ，故为降０构成通路．
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收稿日期：２０１１０４１４－－，作者简介：冯德虎（男，陕西省扶风县人，副教授，硕士，研究方向：机电一体化理论与应用１９６２－）
第４期冯德虎等：一种Ｂ ·８ｕｃｋ电路的电磁兼容分析３· 阻Ｒ组成Ｂ当开关管导通时，有电流ｉｕｃｋ变换电路．ｉｓ＝Ｌ流过电感
３结果与分析：分析以上各支路的电流频谱可以得到以下结果（如图３～图５所示）（）（），、、１在降压式ＢｕｃｋＤＣＣ变换电路导通瞬间流经电感电容二极管的电流明显比流经电阻的电－Ｄ流大很多，在分析此电路的电流辐射场时，可以把电感、电容、二极管支路电流作为主要辐射源．（）电感、电容、二极管支路电流在时间ｔ在相同的频率下，它们的电流２＝１５３．０６μ ｓ时出现较大峰值．幅值近似相等，可以认为它们在ｔ＝１５３．０６μ ｓ时刻组成了一个高频电流环路．（）电感、电容、二极管支路电流从时间ｔ电阻支路电流从时间ｔ３＝３２６．８１μ ｓ开始在零值上下波动，＝可以认为在时间ｔ而２．３９７３ｍｓ在０．６２８４５Ａ左右波动，＝３２６．８１μ ｓ后电路的主要骚扰源来自于电阻，电阻中的电流仅有０．它带来的电磁骚扰可以忽略不计，因此我们在进行此电路的电磁兼容设６２８４５Ａ，计时主要考虑时间０～３２６．８１μ ｓ的电磁干扰．４结束语电子电路的ＥＭ涉及到的学科很广泛，值得深入研究的问题也很多．本文Ｉ分析是一门边缘性的学科，通过在Ｓ进行了支路电流信号的时域分析，发现了电ａｂｅｒ中建立ＤＣＣ变换电路Ｂｕｃｋ电路的仿真模型，－Ｄ路的主要骚扰源和骚扰途径，可在产品设计前将电磁骚扰程度降低到最低，降低产品的研发成本．参考文献
摘要：开关电源工作在几十ｋ高频的通断状态下产生的电磁干扰Ｈｚ到１ＭＨｚ的开关频率，（）通过传输通道耦合到系统内外，对系统内外的敏感设备造成了危害，导致系统的电磁兼ＥＭＩ容性能下降．作者通过在Ｓ对各ａｂｅｒ中建立开关电源ＤＣＣ变换电路Ｂｕｃｋ电路的仿真模型，－Ｄ支路的电流信号进行了时域频域分析，研究发现了ＤＣＣ变换电路的主要骚扰源和骚扰途－Ｄ径．此方法可在产品开发前期找出电路电磁骚扰源，降低电磁骚扰程度，减小研究开发成本．；关键词：开关电源；电磁兼容；ＳａｂｅｒＤＣＣ变换电路－Ｄ中图法分类号：ＴＭ１５文献标识码：Ａ
０引言开关电源用半导体功率器件作为开关，通过改变开／关的时间比来控制输出电压的大小，其基本构成在开关元件通断前后产生了大幅度的电压和电流跳变，因而会产生很大的电磁干扰．开关电如图１所示．）源工作在几十ｋ高频的通断状态下产生的电磁干扰（通过传输通道耦合Ｈｚ到１ＭＨｚ的开关频率，ＥＭＩ对系统内外的敏感设备造成了危害，导致系统的电磁兼容性能下降．主要骚扰源的研究是实到系统内外，在产品设计初期利用电子软件找到其主要骚扰途径，将干扰程度降低到最低，可现电磁兼容设计的关键，大大缩短产品的设计周期．本文在Ｓ研究ａｂｅｒ中建立了开关电源ＤＣＣ变换电路Ｂｕｃｋ电路的仿真模型，－Ｄ分析了各支路电流的时域和频域特性，找出了其主要骚扰途径，实现了其ＥＭＣ设计．１Ｓａｂｅｒ软件介绍Ｓａｂｅｒ仿真软件是美国Ａｎａｌｏｇｙ公司开发的功能强大的电力电子系统仿真软件之一，可用于电子、电力电子、机电一体化、机械、水力、控制等领域的系统设计和仿真．（主要有５种：Ｓａｂｅｒ的分析功能是比较强的，１）ＤＣａｎａｌｓｉｓｙ（，（（，直流分析）用于计算设计的工作点；瞬态分析）２）Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ图１开关电源的基本构成（，分析确定系统的时域响应；频响分析）分析系统随频率３）ＡＣ（（）变化的响应特性；傅里叶和快速傅里叶变换４Ｆｏｕｒｉｅｒ和ＦＦＴ（
［］龚尧莞，］（）：王子强，陈建明，等．电子电路中的电磁兼容设计［电子科学，１Ｊ．２０１０，２１７１８．－［］方清城，］（）：李先祥．高频开关电源的ＥＭＣ设计［现代电子技术，２Ｊ．２００９，８１７０１７２．－［］宋烨．］（）：开关电源电磁兼容技术的现状与解决方法［３Ｊ．中国科技信息，２００５，１４４２４４．－［］］（）：张聪，何劲，张慧．浅论高频开关电源的电磁兼容控制技术［船电技术，４Ｊ．２００５，３１８２０．－［］］（）：周建春，李新民，徐国林，等．高电磁兼容性新型母线排的设计［电子工程师，５Ｊ．２００８，８３８４３．－［］］（）：刘捷，漆兰芬．高频干扰对Ｐ６ＣＢ电磁兼容性影响的仿真分析与ＰＣＢ优化设［Ｊ．电子质量，２００６，４５９６３．－［］］（）：钱照明、袁义生．开关电源ＥＭＣ设计研究现状及发展［电子产品世界，７Ｊ．２００３，７５１５４．－［］，［，ｏｗｅｒｒｉｄ８Ｅ．Ｑ．Ａ．ＬａｒｓｓｏｎＭ．Ｈ．Ｊ．Ｂｏｌｌｅｎ．ＳｏｍｅｃｏｎｓｅｕｅｎｃｅｓｆｏｒｔｈｅｏｆｈｉｈｄｅｎｓｉｔｉｅｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｅｃｕｉｍｅｎｔＲ］．ＥＭＣｏｎＳｉｔｅＳｗｅｄｅｎ．ｐｇｑｇｑｐ［］Ｍ，，Ｏ．９ｉｃｈａｅｌＫ．Ｗ．ＷｕＣ．Ｋ．ＴｓｅＢ．ＰｅｔｅｒＣｈａｎ．ＤｅｖｅｌｏｍｅｎｔｏｆａｎｉｎｔｅｒａｔｅｄＣＡＤｔｏｏｌｆｏｒｓｗｉｔｃｈｉｎｏｗｅｒｓｕｌｄｅｓｉｎｐｇｇｐｐｐｙｇ［］，（）：ｗｉｔｈＥＭＣｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎＪ．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｏｎＩｎｄｕｓｔｒＡｌｉｃａｔｉｏｎｓ１９９８２３６４３７３．－ｙｐｐｐ
ＡＮＡＬＹＳＩＳＴＨＥＥＬＥＣＴＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣＣＯＭＰＡＴＩＢＩＬＩＴＹＯＦＡＢＵＣＫＣＩＲＣＵＩＴ
１２２，ＦＥＮＧＤｅｈｕＳＨＩＹｏｎｓｈｅｎＺＨＡＯＨｕｉｒｏｎｇｇ，ｇ－－－
，（），分析）将时域波形变换成频谱；反快速傅里叶变换分析）将频域波形变换成时域波形．５ＩＦＦＴ（２Ｂｕｃｋ电路仿真）降压式（本文研究的ＢＢｕｃｋＤＣＣ变换器是构成包括开关电源等电力电子装置的重要电路，ｕｃｋ等－Ｄ以占空比Ｄ工作的脉冲信号和转换开关代替场效应管与二极管Ｄ、电感Ｌ、电容Ｃ、电效电路如图２所示，
№．４陕西科技大学学报Ａｕ．２０１１ｇ ·８ＯＵＲＮＡＬＯＦＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．２９２· Ｊ