功率变流器传导EMI的近场耦合建模

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本文致力于功率变流器主电路传导EMI近场耦合建模技术、近场耦合消除技术以及传导共模EMI抑制技术等方面的研究。目前近场耦合研究主要集中在EMI滤波器方面,针对功率变流器主电路近场干扰研究较少,缺乏近场干扰预测模型的现状,本文在分析功率变流器差模、共模传导EMI传播途径以及无源器件高频建模的基础上,建立了计及磁场和电场近场耦合的传导干扰电路模型,将近场和传导干扰问题有机地结合起来,有助于采用电路模型的传导EMI预测。在近场耦合寄生参数提取方法上,详细阐述了利用电磁场仿真软件获得网络的Z参数或Y参数,并根据二端口网络理论提取电路中各互感、互电容的方法。这种方法完全不需要实验测量就可获得全部参数,可实现EMI预测的目的。实验与仿真验证了所建模型以及参数提取方法的正确性。近场耦合对于传导EMI而言往往是不利的,应该尽量避免近场耦合的影响。本文在功率变换器磁场耦合消除技术方面,指出屏蔽方法虽然有效,但是增加了成本,而且不利于生产;通过元器件布局也可避免磁场耦合的影响,但会占用较大面积,降低PCB利用率。通过等效模型输出电压表达式可知,利用电路中本身导线的互感可抵消磁场耦合。据此提出了利用PCB线圈和立体线圈抵消磁场耦合的方法,并分析了它们的设计过程。进而利用多个立体线圈之间的磁场耦合抵消了电容器的ESL,提高了电容器高频性能。实验验证了这些方法的有效性。在功率变流器共模EMI抑制方面,本文提出了“构造稳态节点共模EMI抑制技术”和一种新型共模EMI滤波器。“构造稳态节点共模EMI抑制技术”的基本思想是通过电路变形构造稳态节点,以消除主要寄生电容(开关管与散热器之间的寄生电容)对共模干扰的影响。该技术可应用于Boost、Buck、Buck—Boost、Flyback等基本拓扑,并用Boost电路进行了实验验证。在充分理解功率变流器共模EMI传播路径基础上,提出了一种新型共模EMI滤波器,由于功率电流不通过滤波电感,大大减小了滤波器体积。
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