開(kāi)關(guān)電源傳導EMI預測方法研究

　　有很多對PCB結構進(jìn)行寄生參數抽取軟件，如InCa,SIwave,Q3D 等，分別用不同的方法對PCB的寄生參數進(jìn)行計算和提取，如部分元等效電路方法、有限元分析方法、有限元分析方法和矩量法結合的方法等。其中InCa軟件只能計算分布電感，不適合計算分布電容，不宜處理共模干擾的仿真分析；SIwave軟件提取出來(lái)的是電路的Ｓ參數，不能清晰地反映PCB中的耦合情況及其對開(kāi)關(guān)電源EMI的影響；Q3D 軟件利用FEA 和MOM結合的方法求解電磁場(chǎng)，可以得到PEEC部分元等效電路，也可以得到PCB上各導體的互感互容，可以清晰地分析各種情況下PCB結構對開(kāi)關(guān)電源EMI的影響。

　　J.Ekman提出了基于寄生參數矩陣的等效電路的建立方法，即把所有互感、互容等效成受控的電壓源，與自感、自容連接（相當于把所有互感、互容對電路的影響等效到受控電壓源上），從而建立等效電路模型。圖4所示為任意兩個(gè)節點(diǎn)間的等效電路模型。

圖4　任意兩節點(diǎn)間的等效電路模型

　　圖4中：

　　式中：Lpmn為m和n兩導線(xiàn)間的互感。

　　雖然這樣可以提高仿真的準確性，但是加大了分析的計算量，可以通過(guò)忽略一些對結果影響不是很大的互感、互容，減少計算量。

　　散熱片與開(kāi)關(guān)管之間會(huì )有電容效應，噪聲可以通過(guò)該效應在電路和地之間進(jìn)行傳播，文獻【9】對散熱片在開(kāi)關(guān)電源傳導和輻射干擾中的影響作了詳細的闡述。

　　還有其他的在空間通過(guò)電感或電容耦合傳到接收器的噪聲，不可以忽略。

　　模型建立之后，就可以使用仿真軟件對開(kāi)關(guān)電源EMI進(jìn)行仿真，得到開(kāi)關(guān)電源傳導EMI的頻譜波形，通過(guò)分析波形可以定位開(kāi)關(guān)電源EMI的問(wèn)題所在，進(jìn)而通過(guò)解決該問(wèn)題而降低EMI。

　　5　降低EMI的設計方法及策略

　　降低開(kāi)關(guān)電源EMI，需要從噪聲源和傳播路徑入手。首先，對于噪聲源，可以通過(guò)加吸收電路，減小di/dt和dv/dt來(lái)降低其EMI水平，但是這樣一來(lái)，開(kāi)關(guān)電源的效率將會(huì )受到影響，需要對這兩者進(jìn)行一定的取舍。

　　然后是對傳播路徑進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)的目的是要使傳播路徑對于干擾的阻抗增大，阻斷其向接收器的傳播，而對于電網(wǎng)提供的功率，阻抗要小，從而增加開(kāi)關(guān)電源的工作效率。

　　選取元件時(shí)需要盡量選取寄生參數影響小的元件，比如電容的ESR和ESL要盡量小，電感的寄生電容要小等。在PCB以及散熱片的位置等設計過(guò)程中，也要盡可能增大對干擾傳播路徑的阻抗，使噪聲盡可能少的通過(guò)PCB路徑傳導到接收器。

　　如果以上所有降低EMI的措施都完成了還沒(méi)有達到EMC的標準，就可以根據前面仿真分析得到的差模和共模干擾的波形對濾波器進(jìn)行設計。在設計濾波器的時(shí)候，也同樣要注意元件的布局，還有PCB寄生參數對濾波器阻抗的影響，其本質(zhì)也是增大對干擾的阻抗，使干擾無(wú)法通過(guò)傳播路徑。開(kāi)關(guān)電源設計流程如圖5所示。

圖5　開(kāi)關(guān)電源設計流程

　　6　結論

　　綜上所述，目前對于開(kāi)關(guān)電源傳導干擾的預測方法有時(shí)域方法和頻域方法兩種，由于時(shí)域方法需要使用很小的計算步長(cháng)，需要花費很長(cháng)的計算時(shí)間，容易出現仿真結果不收斂的問(wèn)題。同時(shí)，時(shí)域仿真得到的結果往往不能清晰地分析電路中各個(gè)變量對干擾的影響。而頻域仿真物理意義清晰，更容易判斷各參數對EMI的影響，能夠為降低EMI提供有力依據，關(guān)鍵問(wèn)題是建立合理的干擾源和傳播途徑的頻域模型。

　　對于PCB寄生參數的提取，有很多軟件，這些軟件適合的領(lǐng)域不盡相同，可以根據任務(wù)需求進(jìn)行選擇。

　　對于高頻等效電路模型，可以通過(guò)電路分析的方法忽略一些對EMI影響很小的互感、互容等因素，既減少計算量，又不會(huì )降低過(guò)多的計算精度。

　　降低EMI的主要方法就是使傳播路徑對電磁干擾的阻抗增大，使電磁干擾盡可能少的通過(guò)傳播路徑，對于濾波器設計可以分別根據DM 噪聲和CM 噪聲的仿真結果進(jìn)行設計，并且需要特別注意濾波器的元件布局，好的布局能夠更好地抑制噪聲的傳播。