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基于場路耦合的反激變換器板級輻射研究

2021年電子技術應用第7期

吳鍵澄1，楊汝1，2，余連德3，揭海1，劉佐濂3

1.廣州大學電子與通信工程學院，廣東廣州510006；2.廣州大學機械與電氣工程學院，廣東廣州510006； 3.廣州大學物理與材料科學學院，廣東廣州510006

摘要： 輻射干擾問題是制約電源產品高頻化、小型化的因素之一。基于場路耦合的仿真思路，建立MOSFET的電磁場有限元模型和高頻變壓器的等效高頻電路模型。結合從SIwave電磁仿真軟件中提取的PCB網絡參數，對一款5 W輸出的反激變換器的板級輻射干擾進行聯合仿真，并對比了兩種高頻變壓器模型對遠場仿真結果的影響。實驗結果表明，在230 MHz以內的頻段3 m遠場仿真超標頻點與實測吻合，驗證了該仿真方法的正確性，且簡化的變壓器二電容模型具有更寬頻帶的適用性；所得到的近場電磁場分布表明MOSFET和變壓器副邊的整流二極管是主要的輻射源。

關鍵詞： 開關電源反激變換器輻射干擾場路耦合

中圖分類號： TN86
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211471
中文引用格式： 吳鍵澄，楊汝，余連德，等. 基于場路耦合的反激變換器板級輻射研究[J].電子技術應用，2021，47(7)：5-11.
英文引用格式： Wu Jiancheng，Yang Ru，Yu Liande，et al. Research on board level radiation of flyback converter based on field circuit coupling[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(7)：5-11.

Research on board level radiation of flyback converter based on field circuit coupling

Wu Jiancheng1，Yang Ru1，2，Yu Liande3，Jie Hai1，Liu Zuolian3

1.School of Electronics and Communication Engineering，Guangzhou University，Guangzhou 510006，China； 2.School of Mechanical and Electrical Engineering，Guangzhou University，Guangzhou 510006，China； 3.School of Phyhics and Materials Science，Guangzhou University，Guangzhou 510006，China

Abstract： Radiation interference is one of the bottlenecks that restrict the high frequency and miniaturization of power products. Based on the simulation idea of field circuit coupling, the electromagnetic field finite element model of MOSFET and the equivalent high frequency circuit model of high frequency transformer are established. Combined with the PCB network parameters extracted from SIwave,the board level radiation interference of a 5 W output flyback converter is co-simulated, and the influence of two high frequency transformer models on the far-field simulation results is compared. The experimental results show that the simulation results of 3 m far-field within 230 MHz are in good agreement with the measured results, which verifies the correctness of the simulation method, and the simplified two capacitance model of transformer has wider applicability; the obtained near-field electromagnetic field distribution shows that MOSFET is the main source of electric field radiation, and the rectifier diode at the secondary side of transformer is the main source of magnetic field radiation.

Key words : switching mode power supply；flyback converter；radiation interference；field circuit coupling

0 引言

隨著無線充電、電動汽車等新能源技術的快速發展，電源產品逐漸趨向高頻化、小型化，隨之產生的電磁干擾(EMI)問題正變得日益嚴重^[1]。輻射干擾是以電磁波的形式在自由空間中傳播的電磁干擾能量，近年來愈發受到人們重視。依照GB9254-2008等電磁兼容標準，開關電源產品的輻射干擾指30 MHz～1 GHz頻段的電磁干擾能量，通常在230 MHz以內輻射較為嚴重^[2]。針對開關電源的輻射干擾，傳統的仿真預測方法普遍基于兩個基本假設：(1)輸入輸出線纜是主要的輻射源；(2)共模電流是造成輸入輸出線纜輻射的主要原因^[3-6]。而實際上PCB跡線及元器件的立體結構均會形成等效天線結構，其輻射特性同樣不可忽視^[7-8]?；?a class="innerlink" href="http://m.jysgc.com/tags/場路耦合" target="_blank">場路耦合的仿真方法是解決這類多物理場問題的有效方法。文獻[9]通過建立高頻變壓器100 kHz～200 MHz的行為級模型，利用CST軟件對一臺帶長線纜的反激變換器遠場輻射進行場路耦合仿真，較好地擬合了200 MHz以內3 m遠場輻射測試曲線的趨勢，但仍存在10～15 dBuV的誤差，且繁雜的變壓器模型將消耗過多的計算資源；文獻[10]聯合Cadence和Ansoft Designer，對LLC半橋諧振電路PCB的電流強度和近場輻射進行仿真分析，為PCB布局提出整改意見，但未將遠場輻射考慮在內。

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作者信息：

吳鍵澄1，楊汝1，2，余連德3，揭海1，劉佐濂3

(1.廣州大學電子與通信工程學院，廣東廣州510006；2.廣州大學機械與電氣工程學院，廣東廣州510006；

3.廣州大學物理與材料科學學院，廣東廣州510006)

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