项目名称: 典型开关电源瞬态共模电磁波传播机制与抑制方法研究

项目编号: No.50877015

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2009

项目学科: 金属学与金属工艺

项目作者: 和军平

作者单位: 哈尔滨工业大学

项目金额: 31万元

中文摘要: 当前开关电源工作频率已达几百kHz,甚至几MHz,开通/关断时间可短至几ns,因而其30MHz-100MHz电磁辐射发射常超过标准限值,然而目前理论界对该辐射发射形成的机理、主要影响因素及其作用、较准确的预测尚未有清晰的认识,以致产业界主要通过凑试的办法来解决。本项目即对典型结构开关电源的共模辐射的形成机理、仿真预测方法进行研究,特别针对开关电源开关时域波形复杂、谐波丰富造成的频域分析复杂的问题,运用时域场仿真的方法来分析、预测辐射发射。课题主要研究了"无源器件几何模型+有源器件FDTD模型"的开关电源混合FDTD辐射发射仿真方法、基于"电路+有限时域积分电磁场"的场路结合的辐射发射预测方法、基于等效天线理论的开关电源辐射分析方法以及电流环解析辐射计算方法,并在Flyback、Buck、Telcom等开关电源中进行了验证。本研究在开关电源辐射机理模型、场路分析和预测方法方面取得了较好的进展,对于揭示开关电源远场辐射机理、预测辐射发射有良好的理论探索意义,对产业界也有一定指导和应用价值。

中文关键词: 有限时域差分;等效天线;场路协同仿真;辐射发射预测;开关电源

英文摘要: The working frequency of a modern switched-mode power supply has been improved to hundreds kHz, even several MHz and the rising time or falling time of a switch is decreased to several seconds, subsequently radiated emission of a SMPS often surpasses EMC limits between 30MHz to100MHz. The mechanism, main influence factors and precise prediction method of this phenomenon are unstated clearly in theory and is needed by SMPS industry community deeply. This project aims at finding out common mode radiated emission mechanism and its prediction method for typical SMPS. Especially, this study adapts advanced time domain electromagnetic field simulation methods to analyze, predict and solve RFI problem caused by voltage and current pulse waveforms of a power semiconductor switch. A hybrid FDTD RFI prediction method which consists of passive component 3D model and active component lumped circuit FDTD model, a circuit-field co-simulation RFI prediction method which uses circuit model and finite time domain integral (FDID), a RFI prediction model based on equivalent antenna method and a simplified near magnetic field analytic method are proposed and validated by experiments on flyback, buck and telecom SMPS. Research results of this project achieved several definite progression on RFI mechanism analysis, radiated emission characteristics and RFI prediction methods for a typical SMPS. Above research results make a good base for further research and is helpful for a SMPS designer and researcher.

英文关键词: FDTD; equivalent antenna; field-circuit co-simulation; RFI prediction; SMPS

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