开关电源传导+EMI+建模和模型有效性评估

开关电源的建模与优化设计研究开关电源是一种将电能转换为特定电压、电流和频率输出的电子设备，广泛应用于各个领域的电子设备中。

其建模与优化设计研究是指对开关电源的工作原理、参数和性能进行分析和优化，以提高开关电源的效率、稳定性和可靠性。

开关电源的建模是指通过建立数学模型来描述开关电源的工作过程和特性。

建模可以基于开关电源的元器件和电路拓扑结构，以及开关电源的工作原理和控制策略。

常用的建模方法包括传统的平均模型和精确模型、基于状态空间的模型、时域模型和频域模型等。

通过建模可以分析开关电源的输入输出特性、稳态和动态响应，为后续的优化设计提供基础。

优化设计是指通过改变开关电源的参数、元器件选型和控制策略，以达到提高开关电源性能的目标。

优化设计的目标可以包括提高开关电源的效率、降低开关电源的功耗、增加开关电源的输出功率、提高开关电源的稳定性和可靠性等。

优化设计的方法可以基于数学优化算法，例如遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法等，也可以基于实验和仿真的方式进行。

通过优化设计可以使开关电源在满足特定要求的情况下，达到最佳性能。

在开关电源的建模与优化设计研究中，需要考虑的因素包括开关电源的拓扑结构、元器件的选型和参数、控制策略的设计等。

常见的开关电源拓扑结构包括单端正激式、单端反激式、双端正激式和双端反激式等。

不同的拓扑结构对于开关电源的性能有不同的影响，需要根据具体需求进行选择。

元器件的选型和参数决定了开关电源的工作特性，例如开关管的导通和关断速度、滤波电容的容值和损耗等。

控制策略的设计可以通过改变开关频率、占空比和控制方式等来实现对开关电源的控制。

控制策略的优化可以使开关电源在不同工况下都能保持稳定和高效。

开关电源的建模与优化设计研究在实际应用中具有重要意义。

通过建立准确的数学模型，可以预测开关电源的性能和特性，为开发过程提供指导。

通过优化设计，可以提高开关电源的效率和可靠性，降低成本和功耗，满足不同应用领域对开关电源的要求。

第25卷第5期中国电机工程学报V ol.25 No.5 Mar. 20052005年3月Proceedings of the CSEE ©2005 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号：0258-8013（2005）05-0049-06 中图分类号：TM461；TN03 文献标识码：A 学科分类号：470·40开关电源变换器传导干扰分析及建模方法孟进，马伟明，张磊，赵治华（海军工程大学电力电子技术研究所，湖北省武汉市 430033）METHOD FOR ANALYSIS AND MODELING OF CONDUCTED EMI IN SWITCHINGPOWER CONVERTERSMENG Jin, MA Wei-ming, ZHANG Lei, ZHAO Zhi-hua（Research Institute of Power Electronic Technology, Navy University of Engineering, Wuhan 430033, HubeiProvince, China）ABSTRACT: Electromagnetic interference (EMI) problems are usually complicated by the presence of modeling of noise source and noise coupling paths. The effective EMI prediction often relies on the engineers’ experience or extensive numerical simulation models. This paper proposes an analysis and modeling approach for describing the conducted EMI in switching power converter. The mechanisms and coupling paths associated with three dominant modes of EMI noise are analyzed and investigated based on time domain measured waveforms. A noise model which includes the measured and calculated component values is given to evaluate the EMI level for each mode of noise. Comparison with experimental results and predicted EMI verify the proposed method.KEY WORDS: Power electronics; Electromagnetic compati- bility; Conducted EMI; Coupling paths; Switching power converter摘要：电磁干扰的复杂性在于缺乏干扰源和干扰耦合通道的精确描述，实施干扰预测常常依赖于设计者的经验或庞大的数值仿真模型。

开关电源传导EMI太重要了1 前言电源产品在做验证时，经常会遭遇到电磁干扰(EMI)的问题，有时处理起来需花费非常多的时间，许多工程师在对策电磁干扰时也是经验重于理论，知道哪个频段要对策那些组件，但对于理论上的分析却很欠缺。

笔者从事开关电源设计多年，希望能藉由之前对策的经验与相关理论基础做个整理，让目前正从事或未来想从事开关电源设计的人员对电磁干扰防制技术能有初步的认识。

开关电源的电磁干扰测试可分为传导测试与辐射测试，一般开关电源的传导测试频段是指150K~30MHz之间，而辐射干扰的频段是指30M~300MHz，300MHz之后的频段一般皆不是电源所产生，因此大都可以给予忽略。

下面内容章节包括开关电源的传导测试法规，测试与量测方式，基本概念，抑制传导干扰的滤波器设计，布线与变压器设计等章节。

2 传导测试的法规传导的法规因产品别的不同，其所适用之条文亦不同，一般是使用欧洲的EN-55022或是美国的FCC part15来定义其限制线，又可以区分为CLASS A与CLASS B两种标准，CLASS A为产品在商业与工业区域使用，CLASS B为产品在住宅及家庭区域使用，笔者所设计的产品为3C的家用电源，传导测试频段为150K~30MHz，在产品测试前请先确认申请的安规为何，不同的安规与等级会有不同的标准线。

图1举例为EN-55022　CLASS B的限制线图，红色线为准峰值（QP, Quasi-peak）的限制线，粉红色为平均值（AV, Average）的限制线，传导测试最终的目地，就是测试的机台可以完全的低于其限制线，不论是QP值或AV值；一般在申请安规时，虽然只有在限制线下方即可申请，但多数都会做到低于2dB的误差以预防测试场地不同所导致的差异，而客户端有时会要求必需低于4~6dB来预防产品大量生产后所产生的误差。

图1图2图2为一量测后的例子，一般量测时都会先用峰值量测，因峰值量测是最简单且快速的方法，量测仪器以9KHz为一单位，在150K~30MHz之间用保持最大值(maximum hold)的方式来得到传导的峰值读值，用此来确认电源的最大峰值然后再依此去抓最高峰值的实际QP，AV值来减少扫描时间，图2的蓝色曲线为准峰值的峰值量测结果，一般在峰值量测完后会再对较高的6个频率点做准峰值(QP)与平均值(AV)的量测，就如同图2所标示。

图1：脉冲信号开关电源的EMI 设计摘要：本文从电路原理上分析了开关电源EMI 信号的特点及频率范围，并针对其传导发射和辐射发射提出一些抑制措施。

术语：开关电源，电磁干扰（EMI ），脉冲宽度调制（PWM ）一. 前言由于开关电源在重量、体积、用铜用铁及能耗等方面都比线性电源有显著减少，而且对整机多项指标有良好影响，因此得到了广泛的应用。

近年来许多领域，如邮电通信、军用设备、交通设施、仪器仪表、工业设备、家用电器等都越来越多应用开关电源，取得了显著效益。

现在开关电源一般都采用了脉冲宽度调制（PWM ）技术，其特点是：频率高、效益高、功率密度高、可靠性高。

然而，由于开关电源工作在通断状态，会有很多快速瞬变过程，它本身就是一种EMI 源，它产生的EMI 信号有很宽的频率范围，又有一定的幅度。

若把这种电源直接用于数字设备，则设备产生的EMI 信号会变得更加强烈和复杂。

以下便从开关电源的工作原理出发，探讨其传导干扰抑制的EMI 滤波器的设计以及辐射发射的抑制。

本文主要参考的实例是微机的开关电源，其输出功率较小，对于大电流大功率的通讯设备电源，本文也有一定的参考价值，但具体实施时一定要考虑到通讯设备电源大电流大功率的特点，在元件的选择上要注意其额定电流及高频特性。

二. 开关电源产生EMI 信号的特点数字设备中的逻辑关系是用脉冲信号来表示。

为便于分析，把这种脉冲信号适当简化，可以图1所示的等腰梯形脉冲串表示。

根据傅里叶级数展开的方法，可以下式计算出脉冲串信号所有各谐波的电平：n=1、2、3…A n 脉冲中第n 次谐波的电平V 0 脉冲的电平T 脉冲串的周期T w 脉冲宽度T r 脉冲的上升时间和下降时间开关电源具有各式各样的电路形式，但它们的核心部分都是一个高电压、大电流的受控脉冲信号源，这一点是共同的，为便于分析，也可把该脉冲信号源的波形简化为图1中的等腰梯形脉冲串，并用上式来算出它的各次谐波电平。

假定某PWM 开关电源脉冲信号的主要参数为： V 0＝500V ，T ＝2×10－5S ，T w ＝10－5S ，T r ＝0.4×10－T T n TT n Sin T T n T T n Sin T T V A ww r r w n ππππ∙∙=026S，则其谐波电平如下图：电平（dBuV）16012080400.05 0.5 5 50 500 频率（MHz）图2：开关电源的谐波电平从EMI的观点来分析，图2中开关电源内脉冲信号产生的谐波电平，对于其它电子设备来说即是EMI信号。

第38卷第4期计算机仿真2021年4月文章编号：1006 -9348(2021 )04 -0083-06一种反激式开关电源的设计与仿真王强\王槐生U，田宏伟1(1.苏州大学应用技术学院，江苏苏州215325;2.苏州大学电子信息学院，江苏苏州215006)摘要：为实现小功率开关电源的小型化、高效化和低成本，提出了一种基于电流型PW M芯片UC3842控制下双路输出的反激式开关电源。

研究了电源的拓扑结构和工作原理，详细分析了EM1滤波器和整流滤波电路、功率变换电路、PW M控制电 路、反馈检测电路的关键参数和设计过程。

利用Sabei•软件的仿真工具箱搭建了电路闭环仿真模型，模拟反激式电路的环路控制，实现两路直流输出5V/1A和15V/1A，效率髙达90%。

仿真结果证明了设计的正确性和可行性。

关键词.•开关电源;反激式;电路设计;建模与仿真中图分类号:TP391.9 文献标识码：BDesign and Simulation of a Flyback Switching Power SupplyWANG Qiang1,WANG Huai - sheng12 ,TIAN H ong-w ei1(1. Applied Technology College,Soochow University,Suzhou Jiangsu 215325 ,China；2.School of Electronic and Information Engineering,Soochow University,Suzhou Jiangsu 215006,China)A B S T R A C T：For the r e a l ization of small switching power supply miniaturization,high efficiency,and low cost,a f l y­back switching power supply controlled dual output was designed based on the current - mode P W M chip U C3842.The topological structure and working principle of the power supply were studied.The key parameters and the design process of EMI f i l t e r s and r e c t i f i e r f i l t e r circuit,power conversion circuit,PWM control circuit,feedback detection c i r­c u i t were analyzed in ing the simulation toolbox of Saber software t o build the closed - loop simulation mod­e l simulating the loop control of the flyback c i r c u i t and achieving the two - channel DC output of 5V/1A and 15 V/1A,the efficiency can reach 90%.The simulation resu l t s prove the correctness and f e a s i b i l i t y of the design.K E Y W O R D S：Switching power supply； Flyback； Circuit design； Modeling and simulationi引言近年来，随着电子电路仿真技术应用领域的不断扩展，对仿真技术也提出新的要求，如何提高仿真的可靠性和准确性，提高建模和仿真的效率对于电子电路设计具有重要意义[|]。

什么是电磁干扰(EMI)？电磁干扰EMI是什么意思？电磁干扰（Electromagnetic Interference 简称EMI），有传导干扰和辐射干扰两种。

传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。

辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。

在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。

所谓“干扰”,指设备受到干扰后性能降低以及对设备产生干扰的干扰源这二层意思。

第一层意思如雷电使收音机产生杂音,摩托车在附近行驶后电视画面出现雪花,拿起电话后听到无线电声音等,这些可以简称其为与“BC I”“TV I”“Tel I”,这些缩写中都有相同的“I”（干扰）（BC：广播）那么EMI标准和EMI检测是EMI的哪部分呢？理所当然是第二层含义,即干扰源,也包括受到干扰之前的电磁能量EMI与EMS和EMC的区别在哪里？EMS（Electro Magnetic Susceptibility）直译是“电磁敏感度”。

其意是指由于电磁能量造成性能下降的容易程度。

为通俗易懂,我们将电子设备比喻为人,将电磁能量比做感冒病毒,敏感度就是是否易患感冒。

如果不易患感冒,说明免疫力强,也就是英语单词Immunity,即抗电磁干扰性强。

EMC（Electro Magnetic Compatibility）直译是“电磁兼容性”。

意指设备所产生的电磁能量既不对其它设备产生干扰,也不受其他设备的电磁能量干扰的能力。

EMC这个术语有其非常广的含义。

如同盲人摸象,你摸到的与实际还有很大区别。

特别是与设计意图相反的电磁现象,都应看成是EMC问题。

电磁能量的检测、抗电磁干扰性试验、检测结果的统计处理、电磁能量辐射抑制技术、雷电和地磁等自然电磁现象、电场磁场对人体的影响、电场强度的国际标准、电磁能量的传输途径、相关标准及限制等均包含在EMC之内。

反激式开关电源共模传导发射模型的分析与应用反激式开关电源共模传导发射模型的分析与应用作者：林思聪陈为福州大学电气工程及自动化学院摘要以反激式开关电源为研究对象，分析了其共模传导噪声的干扰源、传输通道以及变压器分布电容参数对共模嗓声的作用，建立相应的共模传导发射分析模型和变压器分布电容模型；重点分析了二次侧干扰源的影响及其作用机理，提出了一种简单但有效降低共模传导噪声的方法，并进行了实验验证。

关键词开关电源共模传导噪声变压器分布电容1 引言开关功率变换器中非线性工作的开关半导体器件形成的非线性的电压和电流干扰噪声源通过变压器和功率器件的分布参数及引线、PCB走线等的杂散参数的耦合传播，形成EMI噪声，对公用电网造成严重的电磁干扰。

抑制EMI主要是从减小干扰噪声源和阻断耦合传播通道上着手的。

对EMI的分析，比较有效的方法是通过建立EMI噪声发射模型，分析模型中的各个影响因素，再进一步提出降低噪声的方法。

许多文献都对开关电源建立了噪声模型，甚至包括开关元器件、PCB板走线、连线等高频模型，但存在的不足是没能比较完整地考虑变压器分布参数的影响。

有的只用一个耦合电容Cps来表达变压器一次绕组与二次绕组间的噪声耦合关系，没有考虑二次侧干扰源的作用，所建立的共模传导发射模型不够完整。

也有不少文献对功率变压器高频模型进行研究，但主要是针对电气参数模型，如损耗、漏感、多绕组等的等效电路，而不是针对EMI模型分析的。

本文以反激式开关电源为研究对象，分析其EMI干扰源及其共模传导发射传播机理，进一步建立了比较完整的共模传导发射模型，并进行了实验验证。

该模型考虑了一次侧开关管和二次侧整流二极管的干扰源效应及其关系，细化了变压器一次绕组与二次绕组的耦合电容。

在此基础上，进一步分析变压器绕组屏蔽对分布电容参数及模型的影响，并提出了一种降低共模传导噪声的简单方法，进行了实验验证。

2 考虑二次侧干扰源作用的共模传导发射模型反激式开关电源及共模传导发射测量原理图如图1a所示。

开关电源项目评估报告模板一、背景和目的1.1项目背景简要介绍开关电源项目的背景信息，主要包括项目的发起背景、产生的原因和目标等。

1.2项目目的明确开关电源项目的目的，即通过该项目实施所达到的目标，如提高能源利用效率、降低能源开支、改善电压稳定性等。

二、项目概述2.1项目概况介绍开关电源项目的基本情况，包括项目的规模、技术要求、关键节点等。

2.2项目组成与关键技术列举项目的组成部分和相关的关键技术，详细说明各个组成部分的功能和关键技术的重要性。

三、项目评估方法3.1数据收集3.2评估指标体系构建开关电源项目的评估指标体系，包括技术指标、经济指标和环境指标等。

对各项指标进行定性和定量分析，以便对项目进行科学评估。

四、评估结果4.1技术评估结果根据评估指标体系，对开关电源项目的技术方面进行评估，包括对项目整体技术水平、关键技术的成熟度、技术风险等方面的评估结果。

4.2经济评估结果进行开关电源项目的经济评估，包括项目的投资成本、产能和产值、盈利预测等方面的评估结果。

4.3环境评估结果对开关电源项目的环境影响进行评估，包括对能源利用效率、环境适应性等方面的评估结果。

五、评估结论与建议根据评估结果，给出开关电源项目的评估结论，包括项目的可行性、技术可行性、经济可行性和环境可行性等方面的评估结论。

在此基础上，提出项目实施的建议。

七、附录包括评估过程中的原始数据、专家意见、调研问卷等相关资料的附录。

注：以上为开关电源项目评估报告的模板，根据具体的项目特点和评估内容，可以进行适当的调整和修改。