直流DC-Link无源电容模组的电磁仿真文献综述
2020-04-15 15:48:27
1.1背景:
高功率密度变换器是一种应现代电子产品的小型化、轻型化发展趋势而新近出现的开关功率变换器,其优点在于能大大降低在系统中为电源模块分配的体积。目前学界对该类变换器的关注还停留在动态特性、温度特性及效率等系统电参数层面,而对其独特EMI特性的研究还远远不够。事实上,EMI作为功率变换器产品化中的认证标准之一,对系统的可靠性有重要影响。
对于电气和电子设备而言,电磁环境污染近年来已经成为了重要的问题,任何电气电子设备对它周围的环境都是个潜在的噪声源。高幅度电磁扰动会致使位于共同电磁环境中的电气电子设备功能失效。
而随着新能源产业的发展,变流技术相应得到普遍运用,DC-Link电容作为其中关键器件,不管是交流(整流后)供电,还是直流供电,直流母线端必不可少地要并联DC-Link电容器,用以旁路来自电力电子线路和整流电路的交流电流分量,避免交流电流分量在直流母线上产生不希望的交流分量电压。不仅要求DC-Link电容器有足够的耐压和电容量,还要具有尽可能低的等效串联电阻(ESR)、等效串联电感(ESL),具有承受高幅值交流电流的能力,还需要在应用条件下具有足够的使用寿命。了解其结构、工作机理才能正确地选型应用到电路中。作为电容器,由于制造的工艺导致本身存在寄生电感(ESL)和寄生电阻(ESR),寄生电感的存在使得电容模组内部产生磁场,并通过近场耦合的方式对电路中其他元器件、连线进行辐射干扰,是DC-Link电容模组产生电磁干扰的一个重要因素。
1.2研究目的:
本文通过对DC-Link电容属性参数的研究,构建相应的模型,再用Maxwell有限元仿真软件对DC-Link电容模组模型进行求解分析,获得DC-Link电容模组的空间磁场分布图。
1.3研究意义:
了解DC-Link电容模组的功能及特性;了解EMI相关概念及消除技术;可以通过有限元仿真计算得到DC-Link电容模组模型的ESL,并直观得到其EMI分布效果,对于通过修改布局优化降低EMI影响具有重要意义。
1.4国内外研究现状分析
对于分立器件DC-Link电容模组的研究大多关于其选型和应用方面、通过合理PCB布局减少整个变换器装置或集成模块(电容模组)EMI的影响以及电热仿真研究等。电容器的寄生参数对其滤波性能有着极大的影响,这同时也是相关EMC研究的难点。
2005年,周胜海等人研究了高速高密度PCB设计中电容器的选择,分析了电容器在高频应用时主要寄生参数及其影响。
2007年,浙江大学的陈恒林在其博士论文中阐述了如何建立包含元件寄生参数和耦合参数的滤波器高频模型,并且引入了在有限元分析软件Ansoft中建立虚拟模型以便通过电磁场计算提取滤波器近场耦合参数的方法。
2011年,AnkitBhargava等研究讨论了布局对降压转换器的电磁干扰(EMI)的影响,为减小转换器EMI,针对场效应晶体管(FET),去耦电容器和通孔的布局进行了优化。