PDF《陈常杰路宏敏李晓辉》

es t l e c n n ol o g y a n o Au t om a t i on Si m ul at i on a nd A na l ysi s on Rad i at ed Em i s s i on I nt er f er ence of Di f f er en t i aI M 0de C ur r ent i n SM P S 陈常杰路宏敏李晓辉西安电子科技大学电子工程学院710071Ch e n Ch a n g J i e L u Ho n g mi n L i Xi a oh u i Sch ool of El e ct r oni c En gi neer i ng,Xi di an U n i v er si t y

71 0

071 1 、 引言 : 开关电源 的电磁干扰问题 主要包括传导发射(conductedemission)干扰 和辐射发射(radiatedemission)干扰 , 电磁 兼容中所谓的发射 ,是指 从源向外发出电磁 能的现象 ,与 一般通信领域中人 为的向外 发射电磁 波不同,开关电源 中的发射 常常是无意的,如果不加以控 制,就会对周围的电子设备产生严重的干扰.

随着开关电源的小型化、高频和高功率设计,闭 合 印制 线回路引起的辐射干扰(差模干扰 ) 已成为开关电源的主要辐射干扰源之一,研究闭合印制线回路 的辐 射规律对减小开关电源的辐 射干扰有着重要的意义.

2、建 立差 模 电流 的辐 射模型:开关电源 利用半导体器件的开和关工作,并以开和关的时间比来控制输出电压的高低,由于其通常工作在2004第

0 3期图1开关电源的简图与产生噪声的回路20KHz以上 的开关频率工作,开 关电源内的 d v / d r、d i / d r很大,产生严 重的 浪涌电压、浪 涌 电流 和其它各种噪声.图1是 典型的开关电源的简图和产生图2正 方形闭合印制线回路模型.回路尺寸;

5cmx5cm,印制线宽度;

02cm. 基板尺寸:13cmx13cm.基板厚度;

0.1cm噪声的回路 , 含有大量高次谐 波的噪声通过闭合 回路 向空 间辐 射 电磁 能量 , 即差模电流 的辐射干扰.通 常的闭合环形回路的形状都是不规则的,这里我们只讨论一般的模 型,如图2所 示.这是一种带有接地平面的正方形的闭合印制线环路,在回路的两端分别接有电压 源和阻抗 相等的源 内阻、负载,当 电压 信号的频 率较高时,这种结构与方环形天线是非常相似的,成 为一种严 重的辐射源.

3、数值 模拟 : 对于建立好的模 型,可以通 过电磁场的数值模拟软件来对其辐射特性进行分析.在 这里我们使用Ansoft?的HFSS( H i g h F r e q u e n c Y S t r u c t u r e S i m u l a t o r ) 来进行模拟.首先来研究这种闭合印制 线 回路 的面积发生变化时其辐射特性如何发生变化.当差 模辐射用小环天线 产生的辐 射 来模 拟时,ELECTRONICSQUALITY圣 J I 童 维普资讯 http://www.cqvip.com 回路 的边长分别为

3 c m、

4 c m、5 c m 、6 c m 和7cm进 行模拟,信 号频率为500MHz.图3(a)和图4分 别为模拟得到的差模电流辐 射的远场三维方向图(由于 闭合 回路 的边长变化时其远场方向图是非/ 厂,广一,_一― 一一―, 圈4圈5图4远场场强随闭合印制线回路面积变化的曲线 圈5闭合 回路 面 积恒 定,远区辐 射场强随源与负载 所在的边 的长 度的变化 曲线 常相似的,此处只给出边长为5cm时的方向图)和S―F曲线,从中可 以很 明显看出由于印制线路板接地平面的存在使得差模辐射功率主要集中在 接地平面上方,同时,远区辐 射场的电场 强度与回路 面积呈线性变化关系(本文中的 电场强度均指在闭合印制 线回路最大辐射方向上的电场 强度),这与式(1)是完全符合的.

4、结 果分析: 闭合印制 线回路的面 积越大,差模电流所产生的辐射干扰就越严重.但是同样 面积的闭合印制线回路 , 如果回路形状发生变化,不再是正方形结构,其产生的辐射干扰效果一样会圣音质童 E L E C T R O N I C S Q U A L I T Y 随着 变化,甚至产生相当大的差 异 .图