开关电源PCB的近场EMC预测优化设计

开关电源是典型的非线性负载,因具有功耗小、效率高、尺寸小、重量轻等特点被应用在舰船低压配电系统中。开关电源工作在高频时产生较强的电磁干扰(EMI)和高次谐波,这些噪声干扰不仅干扰自身的正常工作,也会污染周边的电磁环境。此处针对开关电源印制电路板(PCB)设计中引起的电磁兼容(EMC)问题,提出基于电磁场仿真的预测优化方法,通过建立PCB近场辐射等效模型,分析板图中辐射强度较大的区域,优化PCB布局走线,提高PCB设计的EMC特性。仿真结果表明,在设计阶段引入电磁场仿真的方法,可以预测PCB近场辐射特性,优化设计后能大幅度将低电磁场辐射强度。最后搭建了电源实验平台,通过实验验证了所提PCB EMC预测优化方法的有效性和可行性。

AC/DC通信电源模块远场电磁辐射发射预测研究

AC/DC通信电源产生的电磁辐射易超过限值,对其电磁辐射机理和预测方法开展研究有助于改善电磁兼容性设计。首先,在分析AC/DC通信电源模块共模电磁噪声的形成源头和传播路径后,提出其远场电磁辐射可分解为由“输入端口”、“输出端口”共模电压驱动的2类辐射。然后,提出将共模电压驱动源与寄生辐射体的辐射传递函数相结合,进行远场电磁辐射预测的新方法;设计频谱分析仪+电阻衰减器,实现各共模电压驱动源的频谱测量;采用FEKO电磁仿真软件,通过数值计算得到各寄生辐射体的辐射传递函数。最后,实现了4 kW AC/DC通信电源模块辐射预测,并实测验证了其有效性。

基于有限元法的高频开关电源PCB电磁兼容设计与仿真

在高频开关电源的设计中,功率开关器件在高频下的通断会产生强大的EMI,所以不可避免的会出现电磁兼容问题。这篇文章应用有限元法分别对自动布线后的高频开关电源PCB与按照电磁兼容设计规则布线后的PCB进行仿真,得到其在200 MHz、600 MHz、1 GHz频率处的近场辐射参数。仿真结果表明:自动布线生成的高频开关电源PCB近场辐射的范围和数值均较大,电磁干扰较强。根据电磁兼容的相关规则对PCB进行优化后,近场辐射的范围和数值均有所减小,提高了PCB板的电磁兼容性。

开关电源电磁辐射干扰的建模与仿真

针对开关电源电磁兼容实验中辐射干扰的超标问题,提出了印制电路板(PCB)电磁兼容优化设计方法,即采用改进PCB版图的措施,基于场路结合的方法,在电源设计初期进行互补分析。以典型的Flyback开关电源为研究对象,分析了其电磁干扰产生的机理,建立其高频电路仿真模型,采用CST设计工作室进行电路行为级仿真。利用CST微波工作室建立PCB的三维场仿真模型,并进行了全波时域仿真。仿真研究了PCB的表面电流和远场电磁辐射的分布。基于PCB电磁兼容优化设计流程,采取了有效的整改措施,对该电源PCB进行了优化。

轨道交通牵引供电网电磁辐射场强的数值模拟

在分析城市轨道交通牵引供电系统工作原理与特点的基础上,针对人流集中的轨道交通站台建立了一种高压直流牵引系统下的静态电磁场模型,探讨了静态电磁场仿真的适用数值计算原理与边界条件处理方法。采用有限差分法对该电磁场模型进行了理论计算与数值模拟,结果表明:以轨道交通岛式站台中心为原点,在站台上1.7 m高处,往两侧电场强度与磁感应强度逐渐变大,在站台边缘处电场强度最大值达220 V/m,磁感应强度最大值达60μT,与电磁辐射场强的实地监测结果一致。

BOOST变换器辐射特性的建模与仿真

以电磁兼容问题频发的BOOST电路为例,建立了其电磁辐射的双环模型,由此模型分析计算了其电磁辐射场,进而给出了其近场的解析解,并利用Ansoft软件对该模型进行了仿真计算,进而对比了加装屏蔽前后的电路近场辐射。为开关电源的屏蔽设计提供了理论和实践基础。

谈工频电磁场对人体健康的危害

参考国外相关资料,对工频电磁场给人体健康带来的危害进行了较为详细的介绍,并对相应的防范措施作了一些说明。

开关电源电磁兼容辐射骚扰的测试与研究

为了更好地解决开关电源设计过程中遇到的电磁兼容问题,阐述了开关电源辐射骚扰的产生机理及特点,分析了开关电源辐射骚扰的影响因素。介绍分析了目前主要使用的抑制开关电源辐射骚扰的方法,及开关电源辐射骚扰的测试方法,对比分析了某型号开关电源在不同辅助设备及配置下辐射骚扰的测试结果,讨论了不同应用条件下应采用何种试验配置。同时,对比分析了实际应用中各种改善开关电源辐射骚扰方法的优缺点。针对产品典型超标,提出几种整改措施及对应成本分析,总结了开关电源设计过程中应该注意的一些问题,并对开关电源的设计提出了一些建议。

本安隔离电源电磁扫描优化设计

该文利用电磁场及温度表面扫描自动测试系统对本安隔离电源进行测试,获取电源主板的电场、磁场近场辐射数据和温度数据,进行电路板卡工作性能、器件布局和电磁兼容性分析。通过器件参数更改、PCB板卡布局布线更改,实现本安隔离电源的优化设计,减小网络间辐射干扰,提高绝缘耐压性,增强散热性能,提高产品稳定性。

结合近场扫描的开关电源电磁辐射仿真研究

针对开关电源模块工作过程中电磁辐射干扰仿真缺少与实际模块工作情况相结合的问题,提出结合近场扫描的解决方案。首先利用Cadence Allegro软件建立开关电源仿真模型,使用Cadence Sigrity软件对开关电源模块进行电磁辐射仿真,得到近场辐射图像和数据。然后搭建电磁辐射近场扫描系统,用于测试开关电源模块电磁辐射干扰,得到开关电源模块在实验室环境下近场电磁辐射云图与电场分布数据。最后,对比近场扫描与仿真得出的电磁辐射分布数据,验证了仿真结果的正确性,精准地定位判定开关模块中的MOSFET开关管器件及周边电路是强度最高的电磁辐射产生源。

星载二次电源的电磁兼容预设计

针对星载二次电源电磁兼容试验中辐射发射的超标问题,提出了电磁兼容预设计方法。分析二次电源电磁干扰产生的机理,利用SPICE仿真器建立传导干扰的电路等效模型,优化电路设计得到传导干扰源;应用修正的单线模型近似计算辐射干扰,根据计算结果,利用遗传算法优化等效偶极子的数目和分布位置建立场等效模型;基于场路结合的方法,以传导干扰谐波源为新的激励源导入场等效模型仿真辐射干扰。根据近似计算和仿真分析,提出从原理电路和电路板版图改进的措施,从而实现电源研制初期的预设计。对比仿真结果和实测数据,二者趋势基本一致。该方法的应用使得辐射发射标准测试一次顺利通过。