摘 要

随着电力电子技术的不断发展，以及各个国家电磁兼容规范的强制执行，对于电磁干扰的研究和预测以及电磁兼容性的研究也逐渐成为了当今电力电子技术的热点研究问题。本文主要在功率变流器的传导干扰频域上利用电磁干扰耦合的方法，对其进行了建模与仿真分析等深入的研究。

基于各种功率变流器的建模方法，本文选择了一种通用的“干扰源-耦合通路”模型。利用频域建模的方法，该模型可以不受到具体电路的拓扑限制，通过准确地提供各干扰源的各个频谱图以及模型的阻抗回路，可以直接计算比较分析。

本文以反激变流器和Boost变流器的耦合通路为例，具体分析了其差模共模通路结构，以及对其反激变流器干扰源和回路阻抗进行了仿真，并对回路噪声进行了模拟比较。在建模过程中，将反激变流器的共模和差模耦合通路模型分别用两个通路来进行表示，设置等效阻抗以及化简分析得到的变压器的寄生电容，并计算出通路的等效总阻抗，对两条通路进行下一步的计算和拟合，推出最终的等效电压的表达式，得到最终电压波形。对于Boost变流器，主要进行了共模通路的建模分析研究，在Boost变流器的共模干扰通路中，只含有一条耦合通路，可以直接仿真其电压波形。

关键词： 电磁兼容 传导干扰 频域建模 “干扰源-耦合通路”模型

ABSTRACT

With the continuous development of power electronics technology and the enforcement of electromagnetic compatibility standards in various countries, the research and prediction of electromagnetic interference and the study of electromagnetic compatibility have gradually become a hot research issue in current power electronics technology. In this paper, we mainly use the electromagnetic interference coupling method in the frequency domain of conduction disturbances of power converters, and carry out in-depth research on modeling and simulation analysis.

Based on the modeling methods of various power converters, a generic "disturbance source-coupled path" model is selected in this paper. Using the method of frequency domain modeling, the model can be not limited by the topology of the specific circuit. By accurately providing the spectrum diagrams of each interference source and the impedance loop of the model, a direct comparison can be calculated.

In this paper, the coupling paths of flyback converters and Boost converters are taken as examples. The differential mode common-mode path structure is specifically analyzed, and the disturbance sources and loop impedances of the flyback converters are simulated, and the loop noise is performed. Simulation comparison. During the modeling process, the common-mode and differential-mode coupling path models of the flyback converter are represented by two paths, respectively, and the equivalent impedance and the parasitic capacitance of the transformer obtained by simplifying analysis are set, and the path and the like are calculated. The total impedance is used to perform the next calculation and fitting of the two paths, and the final expression of the equivalent voltage is introduced to obtain the final voltage waveform. For the Boost converter, the modeling and analysis of the common mode path is mainly performed. In the common mode interference path of the Boost converter, only one coupling path is included, and the voltage waveform can be simulated directly.

Key words：Electromagnetic Compatibility Conducted interference Frequency domain modeling Interference Source-Coupling Path Model

目录

第1章 绪论 1

1.1 电磁兼容 1

1.2 功率变流器电磁干扰建模方法 1

1.3 传导电磁干扰的共模与差模通路 2

1.3.1 共模和差模的原理分析 2

1.3.2 阻抗稳定性网络 2

1.3.3 电磁兼容的相关标准 3

1.3.4 电磁计算技术 4

1.4 国内外EMC研究发展史 5

1.5 本章小结 6

第2章 典型器件的频域建模 7

2.1 多路并联的“干扰源-耦合通路”模型 7

2.2 几种典型的简化模型 8

2.3 几种无源器件的高频建模 11

2.3.1 电容器的高频建模 12

2.3.2 电感器的高频建模 12

2.4 本章小结 13

第3章 干扰源的频谱 14

3.1 反激变流器电路建模 14

3.1.1 反激电路干扰耦合通路 14

3.1.2 反激变流器副边二极管干扰源频谱 15

3.1.3 反激电路MOS管干扰源频谱 16

3.2 Boost变流器电路图及频谱 18

3.3 本章小结 19

第4章 功率变流器耦合通路的噪声 20

4.1 反激变流器共模模型 20

4.1.1 反激变流器共模传导分析 20

4.1.2 反激变流器二极管噪声分析 22

4.1.3 反激变流器共模通路MOS管噪声分析 23

4.2 反激变流器差模通路 24

4.3 Boost变流器共模通路干扰建模 27

4.3.1 Boost变流器共模干扰 27

4.3.2 Boost变流器共模干扰计算 28

4.4 本章小结 29

结论与展望 30

本文工作小结 30

后期工作展望 30

参考文献 32

致谢 33

附录 34

第1章 绪论

电磁兼容

电磁兼容简称EMC（Electro Magnetic Compatibility）一般是指在对应的电磁环境中按照要求来运行而且不对处于环境中的设备装置产生电磁干扰的能力。随着电力电子技术的不断发展，电磁兼容问题也逐渐地进入人们的研究视线，并慢慢地成为了国内外普遍关注的一个问题。通过对电磁兼容的理解，我们又可以把电磁兼容即EMC细分为两个基本方向：电磁干扰（EMI）和电磁敏感性（EMS）。EMI是指电子产品对周边其他电子产品产生的干扰；EMS是指在一定的环境中设备和系统具有对所在环境中存在的电磁干扰有一定程度抵抗的能力^[1]。

如今功率开关变流器开关器件的开关频率和输出功率不断提高，变流器系统产生的有关电磁干扰的问题也越来越严重，所以国内外开始制定相应的标准规范，来限制功率变流器中的电磁干扰问题。早在1996年，欧盟政府就规定所有进入欧共体的电力电子产品都必须通过EMC的认证。然后逐渐地，在发达国家开始采取相应的措施，加强EMC的管理工作。EMC开始一步一步映入人们眼帘。

功率变流器电磁干扰建模方法

时域和频域都是信号的基本性质，传统方式都是在时域上来对信号进行建模，而频域与时域提供不同的角度。一般在通信系统中在高频范围内多用频域建模比较直观方便。频域建模方法直接在频域进行电磁干扰仿真，这样能有效地解决时域仿真中存在的收敛问题，大大缩短了仿真时间。

频域内只存在正弦波，这是频域中的一个重要规则，频域中任何波形都能通过正弦波来得到。频域分析以频率轴为坐标表示出来。频域分析传导干扰问题更为简练，剖析得更深刻和方便。