基于场路耦合的反激变换器板级辐射研究
2021年电子技术应用第7期
吴键澄1，杨 汝1，2，余连德3，揭 海1，刘佐濂3
1.广州大学 电子与通信工程学院，广东 广州510006；2.广州大学 机械与电气工程学院，广东 广州510006； 3.广州大学 物理与材料科学学院，广东 广州510006
摘要： 辐射干扰问题是制约电源产品高频化、小型化的因素之一。基于场路耦合的仿真思路，建立MOSFET的电磁场有限元模型和高频变压器的等效高频电路模型。结合从SIwave电磁仿真软件中提取的PCB网络参数，对一款5 W输出的反激变换器的板级辐射干扰进行联合仿真，并对比了两种高频变压器模型对远场仿真结果的影响。实验结果表明，在230 MHz以内的频段3 m远场仿真超标频点与实测吻合，验证了该仿真方法的正确性，且简化的变压器二电容模型具有更宽频带的适用性；所得到的近场电磁场分布表明MOSFET和变压器副边的整流二极管是主要的辐射源。
中圖分類號： TN86
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211471
中文引用格式： 吳鍵澄，楊汝，余連德，等. 基于場路耦合的反激變換器板級輻射研究[J].電子技術應用，2021，47(7)：5-11.
英文引用格式： Wu Jiancheng，Yang Ru，Yu Liande，et al. Research on board level radiation of flyback converter based on field circuit coupling[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(7)：5-11.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211471
中文引用格式： 吳鍵澄，楊汝，余連德，等. 基于場路耦合的反激變換器板級輻射研究[J].電子技術應用，2021，47(7)：5-11.
英文引用格式： Wu Jiancheng，Yang Ru，Yu Liande，et al. Research on board level radiation of flyback converter based on field circuit coupling[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(7)：5-11.
Research on board level radiation of flyback converter based on field circuit coupling
Wu Jiancheng1，Yang Ru1，2，Yu Liande3，Jie Hai1，Liu Zuolian3
1.School of Electronics and Communication Engineering，Guangzhou University，Guangzhou 510006，China； 2.School of Mechanical and Electrical Engineering，Guangzhou University，Guangzhou 510006，China； 3.School of Phyhics and Materials Science，Guangzhou University，Guangzhou 510006，China
Abstract： Radiation interference is one of the bottlenecks that restrict the high frequency and miniaturization of power products. Based on the simulation idea of field circuit coupling, the electromagnetic field finite element model of MOSFET and the equivalent high frequency circuit model of high frequency transformer are established. Combined with the PCB network parameters extracted from SIwave,the board level radiation interference of a 5 W output flyback converter is co-simulated, and the influence of two high frequency transformer models on the far-field simulation results is compared. The experimental results show that the simulation results of 3 m far-field within 230 MHz are in good agreement with the measured results, which verifies the correctness of the simulation method, and the simplified two capacitance model of transformer has wider applicability; the obtained near-field electromagnetic field distribution shows that MOSFET is the main source of electric field radiation, and the rectifier diode at the secondary side of transformer is the main source of magnetic field radiation.
Key words : switching mode power supply；flyback converter；radiation interference；field circuit coupling
0 引言
隨著無線充電、電動汽車等新能源技術的快速發展，電源產品逐漸趨向高頻化、小型化，隨之產生的電磁干擾(EMI)問題正變得日益嚴重[1]。輻射干擾是以電磁波的形式在自由空間中傳播的電磁干擾能量，近年來愈發受到人們重視。依照GB9254-2008等電磁兼容標準，開關電源產品的輻射干擾指30 MHz～1 GHz頻段的電磁干擾能量，通常在230 MHz以內輻射較為嚴重[2]。針對開關電源的輻射干擾，傳統的仿真預測方法普遍基于兩個基本假設：(1)輸入輸出線纜是主要的輻射源；(2)共模電流是造成輸入輸出線纜輻射的主要原因[3-6]。而實際上PCB跡線及元器件的立體結構均會形成等效天線結構，其輻射特性同樣不可忽視[7-8]。基于場路耦合的仿真方法是解決這類多物理場問題的有效方法。文獻[9]通過建立高頻變壓器100 kHz～200 MHz的行為級模型，利用CST軟件對一臺帶長線纜的反激變換器遠場輻射進行場路耦合仿真，較好地擬合了200 MHz以內3 m遠場輻射測試曲線的趨勢，但仍存在10～15 dBuV的誤差，且繁雜的變壓器模型將消耗過多的計算資源；文獻[10]聯合Cadence和Ansoft Designer，對LLC半橋諧振電路PCB的電流強度和近場輻射進行仿真分析，為PCB布局提出整改意見，但未將遠場輻射考慮在內。
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作者信息：
吳鍵澄1，楊 汝1，2，余連德3，揭 海1，劉佐濂3
(1.廣州大學 電子與通信工程學院，廣東 廣州510006；2.廣州大學 機械與電氣工程學院，廣東 廣州510006；
3.廣州大學 物理與材料科學學院，廣東 廣州510006)
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