開(kāi)關(guān)電源差模電流輻射干擾的模擬與分析

l、引言：

開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾問(wèn)題主要立括傳導發(fā)射(conducted emission)干擾和輻射發(fā)時(shí)(radiated emission)干擾，電磁兼容中所謂的發(fā)射，是指從源向外發(fā)出電磁能的現象，與一般通信領(lǐng)域中人為的向外發(fā)射電磁波不同，開(kāi)關(guān)電源中的發(fā)射常常是無(wú)意的，如果不加以控制，就會(huì )對周?chē)碾娮釉O備產(chǎn)生嚴重的干擾。隨著(zhù)開(kāi)關(guān)電源的小型化、高頻和高功率設計，閉合印制線(xiàn)回路引起的輻射干擾(差模干擾)己成為開(kāi)關(guān)電源的主要輻射干擾源之一，研究閉合印制線(xiàn)回路的輻射規律對減小開(kāi)關(guān)電源的輻射干擾有著(zhù)重要的意義。

2、建立差模電流的輻射模型：

開(kāi)關(guān)電源利用半導體器件的開(kāi)和關(guān)工作，并以開(kāi)和關(guān)的時(shí)間比來(lái)控制輸出電壓的高低，由于其通常工作在20KHz以上的開(kāi)關(guān)頻率工作，開(kāi)關(guān)電源內的dv／dt、di／dt很大，產(chǎn)生嚴重的浪涌電壓、浪涌電流和其它各種噪聲。圖1是典型的開(kāi)關(guān)電源的簡(jiǎn)圖和產(chǎn)生噪聲的回路，含有大量高次諧波的噪聲通過(guò)閉臺回路向空間輻射電磁能量，即差模電流的輻對干擾。通常的閉合環(huán)形回路的形狀都是不規則的，這里我們只討論一般的模型，如圖2所示。



這是一種帶有接地平面的正方形的閉合印制線(xiàn)環(huán)路，在回路的兩端分別接有電壓源和阻抗相等的源內阻、負載，當電壓信號的頻率較高時(shí)，這種結構與方環(huán)形天線(xiàn)是非常相似的，成為一種嚴重的輻射源。

3、數值模擬：

對于建立好的模型．可以通過(guò)電磁場(chǎng)的數值模擬軟件來(lái)對其輻射特性進(jìn)行分析。在這里我們使用Ansoft的HFSS(High Frequency Structure Simulator)來(lái)進(jìn)行模擬。首先來(lái)研究這種閉合印制線(xiàn)回路的面積發(fā)生變化時(shí)其輻射特性如何發(fā)生變化。當差模輻射用小環(huán)天線(xiàn)產(chǎn)生的輻射來(lái)模擬時(shí)，在距離輻射回路為的遠場(chǎng)的電場(chǎng)強度為E=131．6 ×106(fSI)(1／r)Sinθ(1)其中f（H2）為回路中電流信號的頻率，S(m2)為回路面積，1(A)為電流強度，θ（0）為測量天線(xiàn)與輻射平面的夾角。我們根據圖1所示的結構，取正方形閉合回路的邊長(cháng)分別為3cm、4cm、5cm、6cm和7cm進(jìn)行模擬，信號頻率為500MHz。圖3(a)和圖4分別為模擬得到的差模電流輻射的遠場(chǎng)三維方向圖(由于閉合回路的邊長(cháng)變化時(shí)其遠場(chǎng)方向圖是非常相似的，此處只給出邊長(cháng)為5cm時(shí)的方向圖）和S-E曲線(xiàn)，從中可以很明顯出由于印制線(xiàn)路板接地平面的存在使得差模輻射功率主要集中在接地平面上方，同時(shí)，遠區輻射場(chǎng)的電場(chǎng)強度與回路面積呈線(xiàn)性變化關(guān)系(本文中的電場(chǎng)強度均指在閉合印制線(xiàn)回路最大輻射方向上的電場(chǎng)強度)，這與式(1)是完全符合的。