开关电源传导EMI预测探讨

　　对开关电源进行频域仿真，首先要建立开关电源的频域仿真模型。开关电源EMI频域预测的重点是对噪声路径的建模，其中包括：无源器件的高频模型;PCB及结构寄生参数的抽取。

　　在考虑无源器件、PCB及结构寄生参数的基础上，建立开关电源集中参数的电路模型，可以通过计算或仿真得到该电路的阻抗，谐振点等，从而为降低EMI提供有力的依据。

　　由于差模噪声和共模噪声的传播路径不同，有必要对DM 传播路径和CM 传播路径分别建模。这样可以更好地分析各种干扰的特点，而且还可以为设计滤波器提供有力的依据。

　　4.1　噪声源的模型建立

　　由于需要分别对DM 噪声和CM 噪声进行分析，所以对DM 噪声源和CM 噪声源也需要分别建模。M.Nave在文献[3]中提出使用电流源作为DM 噪声源，使用电压源作为CM 噪声源的方法，就是因为DM 噪声主要由di/dt引起，而CM 噪声则主要由dv/dt引起。文献[4]在此基础上对CM 噪声源进行了改进，考虑了电压过冲和下冲，并且在线路阻抗近似平衡的情况下，利用DM 电流源和一个电压源来表示CM 噪声源(如图2所示)。

　　图2　共模噪声源的表示

　　文献基本都是用梯形波来表示噪声源的，但实际中并不是每个电路中的开关器件的波形都能很好地用梯形波近似，图3所示即为一个反激电源开关管的电流电压波形，除了梯形波之外，还有电流尖峰，电压过冲和下冲等分量，会导致噪声源的频谱与梯形波有一定的不同。所以不能盲目地使用梯形波来表征噪声源，而是需要对电路进行分析或者仿真，从而得到开关器件的电流或电压波形，基于此波形再对噪声源进行建模，这样才能更精确地反映开关电源的电磁干扰。

　　图3　某反激电源开关管的电流电压波形

　　图3　某反激电源开关管的电流电压波形

　　4.2　无源器件的高频模型

　　在EMI的频率范围内，常用的无源器件都不能再被认为是理想的，他们的寄生参数严重影响着其高频特性。

　　在各种无源器件中，电阻、电感和电容的高频等效寄生参数可以用高频阻抗分析仪测得。表1所示为各种无源器件的理想模型和高频等效模型。

　　表1　电阻、电容、电感及变压器的高频等效模型

　　对于高频变压器，提出可以使用有限元分析方法和实验测量法求取，从而可以得到漏感、原副边自电容和原副边互电容这些引起电路震荡、增加传导EMI的主要参数。使用ansoft公司的Maxwell仿真软件，可以通过输入变压器的绕组和磁芯的几何尺寸与电磁参数，利用有限元分析的方法得到各寄生参数。实验测量法的总体思路就是在所建立模型的基础上，推导出变压器在不同工作状态下的阻抗特性(如原副边绕组开路，短路的不同组合)方程，然后测量这些状态下的阻抗，从而得到漏感和寄生电容。