开关电源共模EMI抑制技术研究

论文摘要

随着电力电子技术的发展,开关电源的小型化、高频化成为趋势,其中各个部分工作时的电磁干扰问题也越来越严重,因此开关电源的电磁兼容性也越来越引起人们的重视。目前,软开关技术因其能减少开关损耗和提高效率,在开关电源中应用越来越广泛。本文的主要目的是针对开关电源中的电磁干扰进行分析,研究软开关技术对电磁干扰的影响,并且提出一种抑制共模干扰的滤波方法。本文首先介绍了电磁兼容的定义、开关电源EMI的特点,论述了开关电源中EMI的研究现状。从电磁干扰的三要素出发,介绍了开关电源中电磁干扰的干扰源和干扰的耦合通路。分析了电感、电容、高频变压器等器件的高频特性,并介绍了线性阻抗稳定系统(LISN)的定义和作用。在了解了软开关基本概念的基础上,本文以全桥变换器为对象,介绍了移相全桥ZVS的工作原理,分析了它在实现过程中对共模干扰的影响,并在考虑IGBT寄生电容的情况下,对其共模干扰通道进行了分析。然后以UC3875为核心,设计了移相全桥ZVS的控制电路和主电路,实现了软开关。为了对共模干扰进行抑制,本文提出了一种新型的有源和无源相结合的EMI滤波器,即无源部分采用匹配网络法,将阻抗失配的影响降到最低;有源部分采用前馈控制,对共模电流进行补偿。针对以上提出的问题,本文通过Saber软件对移相全桥ZVS进行了仿真,并和硬开关条件下的传导干扰进行了比较,得出了在高频段,ZVS的共模干扰小于硬开关,在较低频段改善不大,甚至更加严重,而差模干扰有较大衰减的结论。通过对混合滤波器进行仿真,取得了良好的滤波效果,和传统的无源EMI滤波器相比,在体积和重量上都有一定优势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电磁兼容概述
• 1.1.1 电磁兼容的含义
• 1.1.2 EMI的危害和EMC的必要性
• 1.1.3 开关电源EMI特点
• 1.2 开关电源EMC研究现状
• 1.3 本论文完成的工作
• 第二章 开关电源EMI 干扰分析
• 2.1 电磁干扰的基本概念
• 2.1.1 差模干扰和共模干扰
• 2.1.2 开关电源电磁干扰干扰源和耦合通路
• 2.1.3 线性阻抗稳定系统
• 2.2 元器件的高频模型
• 2.2.1 无源器件的高频模型
• 2.2.2 变压器的高频建模
• 2.2.3 开关器件的高频模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 软开关技术对共模干扰的影响
• 3.1 软开关技术
• 3.1.1 软开关技术的基本概念
• 3.1.2 软开关和硬开关的区别
• 3.1.3 软开关的分类
• 3.2 移相全桥ZVS变换器的工作原理
• 3.2.1 移相全桥ZVS原理
• 3.3 全桥变换器的共模干扰分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 有源和无源结合的混合EMI 滤波器
• 4.1 EMI滤波器概念
• 4.1.1 插入损耗
• 4.1.2 EMI滤波器的分类
• 4.1.3 阻抗匹配
• 4.2 混合EMI滤波器设计
• 4.2.1 无源滤波部分设计
• 4.2.2 有源滤波部分设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 移相全桥ZVS 和混合滤波器参数设计
• 5.1 移相全桥ZVS的实现
• 5.1.1 控制电路的设计
• 5.1.2 驱动电路设计
• 5.1.3 主电路参数设计
• 5.2 混合滤波器的参数设计
• 5.2.1 无源滤波部分参数设计
• 5.2.2 有源滤波部分参数设计
• 5.3 本章小结
• 第六章 基于Saber 的仿真分析验证
• 6.1 Saber软件的仿真特点
• 6.2 全桥软开关实现
• 6.2.1 全桥软开关仿真电路
• 6.2.2 仿真结果分析
• 6.3 移相全桥ZVS与硬开关电磁干扰比较
• 6.3.1 软硬开关电路仿真电路
• 6.3.2 仿真结果分析
• 6.4 混合滤波器仿真分析
• 6.4.1 混合滤波器仿真电路
• 6.4.2 仿真结果分析
• 6.5 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢