开关电源PCB电路电磁辐射研究2/2.pdf开关电源PCB电路电磁辐射研究2/2pdf,硕士论文-开

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详细说明：开关电源PCB电路电磁辐射研究2/2pdf,硕士论文-开关电源PCB电路电磁辐射研究4.2.1.2电路实现电路选择的元器件如下开关管IRF250;续流二极管MUR860;UC1825控制芯片。由咸I=59H:电容C=48 芯片的取样电阻由图42中的214592替换为14.5g,其它的外围电路鄱与图 4-2相同 4.2.2仿真与结果分析对电路进行仿真时,迹线与4.1.3.1中作相同处理。考虑迹线分布参数后的主电路如下图所示: n003n 03n 1 图49主电路先对图49中各支路电流进行时域仿真,再对相应的信号取傅里叶变换作频域分析。 4.2.2.1时域信号 1)负载输出信号 v(t - pnr it).m'Ir 42 24 1.6 ==--+--=+-------------=- 08 38 00 2010m20m30m40m50m6n 0010m20m30m40m50m60r t(s) 图4-10(a)负载电压图4-10(b)负载电流电路启动3ms后,输出电压纹波ΔV。<0.02V,基本符合设计要求 (2)开关管驱动信号 vg(t-ir(250 180 10.0 0.口 5毛 64ub8uyru8u8488u92u96u100u104u108u1121116u120u124u 图41驱动信号 4.2.2.2频域信号 1)4r250 is()-i250 0 00 50.0 60 -120.0 0.0 18.0 -1800 HE f(Hz) 图4-12(a)开关管漏极电流图4-12(b)开关管源极电流 g(t)-ir1250 It)-L-trace1 00 0.0 -600 60 120g -120.0 180.g 180.0 U0 2Umeg 4Umeg aumeg aurr eg UU 2Umeg 4Umeg bLmeg 8umeg f(H2) 1(H2) 图4-12(c)开关管栅极电流图4-12(d)迹线1分布电感电流 i①)- C-trace1 i 1)-mur86O 00 -E0 1800 180.0 oo 20meg 40meg 6omeg comes 0.0 2Om eg 40meg 6Omeg 8dmeg f(Hzy T(H2) 图4-12(c)迹线1分布电容电流图4-12(二极管电流 (t2-L(L-tr ac ea) 00 Q, o 600 60 issaquah 12 -120.0 180.0… -1800 240.0 00 20meg 40meg bOm eg BOmeg 0.0 20neg 40neg 60rneg 80meg f(H 图4-12(g)电感电流图4-12(h)电容电流 I(t)zload (fy C tracon 60.0 e-1200 -180 OC 20meg 4Omeg 6Om eg EOmeg 0.0 20m eg 40meg som eg comes f(Hz) 图4-12(i)负载电流图4-12(j)迹线分布电容电流 i#250 00 《M的的的的 -900 →--+"+------ ·- 1200 0.0 172 0k 344 0k 51b0k bB80k 8600k 1.0G2meg1204meg1 376meg. 548meg 1 72meg 1892mer 2 064medp. brega 40 Smeg t(H2) 图4-12(k)环路电流 35 4.2.2.3结果分析分析以上各支路电流频谱可以得到: (1)开关管漏极、源极、迹线1分布电容、二极管上的电流幅值比其它支路电流幅值(电咸、线?分布电咸、济线2讣布电容、由容、值载)大20dB以卜.即由流值大一个薮量级以上,在分析谐波电流辐射场时,可以把漏极、源极、迹线1分布电容、二极管支路电流作为主要射源。 ②2)在漏极、源极、迹线1分布电容、二极管支路电流86kH厶(开关频率)的整薮倍的频率上出现较大峰值。在相同的频率下,它们的电流幅值近似相等,可以认为它们组成一个高频电流环路。为了计算辐射场,表4-4给岀了高频电流环路的一些谐波电流幅值長4-4buck变换器的典型环路谐波电流 (MHz) i(dB)(mA) f(MHz) i(dB )-(ma) f(MHz) i(dB)-(mA 0.086-5 5620.86 25 12 0.172-14 2000.946-10 316 251 0.258-10 3161032-12 2511806-12.5 237 0.344-12 2511,118-10 3161.892125 237 043 3551204 97813 0.516-11 2821.29 260412.5 237 0.6029 3551.376 2512.15 -14 0.688 7,5 4221462-12 2512,236-14 200 0.77495 178 4.3Buck- Boost电路设计与仿真 Buck- Boost变换器,工作在电感电流连续方式,其有关电气参数为: 输入电压Ⅴs=16V~32V;开关频率fs=86kHz;输出电压为Ⅴ=3.2V 负载R=32g2;允许纹波电流△1<0.8A。 4.3.1电路设计电路选择的元器件如下: 开关管IRF250;续流二极管MUR860;UCl825控制芯片:电感L=107H 电容C=43.5uF。芯片的取样电阻由图42中的214.5g2替换为94.592,其亡的外围电路郗与图 4-2中相同设置。考虑迹线分布参数的主电路如图4-13所示。 L-tracel mur860 L-trace2 0.0a:m 0.003m C-1ra L 0,32l 0136u 0.136U 图4-13主电路 4.3.2仿真与结果分析对电路进行时域频域电流仿真。 4.3.2.1时域信号 1-7o3 50,0m -32 3202 750m4. 204 3206 -0.125 3208-… 0.010m Orn =om 4.On 5.0m 001.0m2.0m30m40m50m 1(s〕佟4-l4(a)负载电流图4-14b)负载电压 Ct-Irt= 弓. tts) 图4-15开关管控制信号 4.32.2频域信号 d()-ir250 istt)-irt250 0 10 -50.04…… =·=“请 -50.0 -1000 -1000 15304-… 150.0 2000 200.0-… 2520 -250.0 00 20meg 40meg 6dmeg 8cmeg 0.0 20meg 40meg 60meg 80meg (H2) T(Hz) 图4-16(a)开关管漏板电流图4-16(b)开关管源极电流 ig(f)-irf250 i(f-L-trac ef 00 5:0 -500 -100.0 -100.0 150.0 -150.0 200.0 2000 500 -250.0J 0.0 20meg 40mcg sOmes bOmer 1 DOrr 0.0 20meg 40meg 6ameg 8or 图4-16(c)开关管栅极电流图4-16(d)迹线1分电感电流 i()-C-tracet C 0o 0.0 -50. -50.0 -100. -100.0非- 150D 150.0 2004…………÷ 世 rtn 2000 -250D 25Q0 0.0 2 meg 40meg 60meg 8Omeg 0.0 20meg 40meg 60meg sOm eg 图4-l6(e)迹线1分布电容电流图4-l6()电容电流 i(f)-C-trac e2 i(f)-mura6O(L-tr ac e2) 0.0 0.0 500 -50.0 -1000 1000 1500 1500 -20Q0 2Q00- -2500 250, 0.0 20meg 10mea 50meg bOm eg 0.0 20meg 4Cmeg 60meg 80meg fCHZ: 图4-16(9)迹线2分布电电流图4-16(h)二极管申流 )-L i(f)zload 00 0.0 50.01-.--1- 500 1000 100.0 169,Q 2000 250.0Jb 0.0 20meg 40meg 60meg 80meg 0.0 20meg 40rmeg 50meg Bones f(Hz) 图4-16i申感电流图4-16(i裁申流 g 00 1200 072:...1220476417n四y18m4224 f(H2) 图4-17环路电流 4.3.2.3结果分析从图4-16和图417可以分析得到: 1漏极、源极、迹线1分布电容上的电流幅值比其它支路(电感、迹线2分布电感、迹线2分布电容、电容、负载)电流幅值大30dB以上,可以认为是主要辐射源: 2.漏极、源极、迹线1分布电容上的电流在开关频率的整数倍的频率上出现较大峰值。可以认为漏极、源极、迹线1分布电容组成了一个辐射相对较强的高频电流环路第五章开关电源电磁辐射建模与仿真干扰源以电磁辐射的形式向空间发射电磁波,使处在近场区和远场区的敏感电路和接收电路存在着被干扰的威胁。基于第四章中谐波电流分布特征分析,木章将建立一些简单模型来进行PCB板上丌关电源主回路的辐射发射的预测。 5.1偶极子天线原理最基本的两种模型是电偶极子和磁偶板子 5.1.1电偶极子电偶极子是长度足够短的载流导线,它的长度l远小于电磁波长(!≤/20), 因此可以认为沿着导线的所有点上的电流(幅度和相位)都相同。电偶极子沿z轴放置,中心在坐标原点。当不考虑反射和折射时,在距电偶极子r处P点产生的电磁场强度为 E=H=H=0 (5-1a) nk E i(6)3cos9.2 (5-1b) 2丌uEn(kr) 十 ]sinb·e (5-1c) AT01O0 k (5-1d)

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