3开关电源EMI的仿真分析
从理论上来讲,无论是时域仿真还是频域仿真,只要建立了合理的分析模型,其仿真结果都能正确反映系统的 EMI量化程度。
时域仿真方法需要建立变换器中包含所有元件参数的电路模型,利用PSPICE或Saber软件进行仿真分析,使用快速傅里叶分析工具得到 EMI的频谱波形,这种方法在DM噪声的分析中已经得到了验证。然而开关电源中的非线性元件如MOSFET,IGBT等半导体器件,其非线性特性和杂散参数使模型非常复杂,同时开关电源电路工作时其电路拓扑结构不断改变,导致了仿真中出现不收敛的问题。在研究CM噪声时,必须包含所有的寄生元件参数,由于寄生参数的影响,FFT结果和实验结果很难吻合;开关功率变换器通常工作在很大的时间常数范围内,主要包括3组时间常数:与输出端的基本频率有关的时间常数(几十ms);与开关元件的开关频率有关的时间常数(几十μs);与开关元件导通或关断时的上升时间和下降时间有关的时间常数(几ns)。
正因如此,在时域仿真中,必须使用非常小的计算步长,并且需要用很长时间才能完成计算;另外,时域方法得到的结果往往不能清晰地分析电路中各个变量对干扰的影响,不能深层解释开关电源的EMI行为,而且缺乏对 EMI机理的判断,不能为降低EMI给出明确的解决方案。
频域仿真是基于噪声源和传播途径阻抗模型基础上的分析方法。利用LISN为噪声源提供标准负载阻抗。如图1所示,从LISN看过去,整个系统可以简化成噪声源、噪声路径和噪声接收器(LISN)。频域方法可以大大降低仿真计算的时间,一般不会出现计算结果不收敛的情况。
图1噪声源与传播路径概念 图1中,噪声路径包括PCB传导、耦合路径,散热片电容耦合路径,变压器耦合路径等。
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