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《浙江大学》 2012年
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隔离型功率变流器共模传导干扰建模与预测方法研究

孟培培  
【摘要】:随着各国电磁兼容规范的强制执行,对电磁干扰进行准确的建模与预测已经成为一个热点研究课题。本文针对隔离型功率变流器共模传导电磁干扰建模与预测中的若干关键问题展开了深入的研究。 为了获得通用的功率变流器传导电磁干扰建模方法,本文建立了多路并联的“干扰源-耦合通路”模型。该模型基于频域建模方法,可不受具体电路结构的限制,将干扰源等效为一端口网络,将干扰耦合通路等效为二端口网络,通过准确地提取干扰源的频谱特性以及干扰耦合通路的传递函数(等效阻抗),直接在频域计算干扰频谱。 造成目前隔离型功率变流器共模传导干扰高频段预测精度差的主要原因在于缺乏针对共模干扰耦合通路建模的变压器高频模型。针对这一问题,本文提出了变压器共模干扰耦合通路分布参数模型。该模型只需提取变压器中与共模干扰耦合通路相关的寄生参数,而无需对变压器进行全面建模,建模方法简单,参数提取方便。并且考虑了变压器的分布参数特性,以及磁芯和绕组的高频损耗,可以更好地描述变压器共模干扰耦合通路的高频特性。针对结构复杂的干扰耦合通路难以直接提取其传递函数(等效阻抗)的问题,提出了转移阻抗的仿真分析方法。转移阻抗仿真模型全面地描述了功率变流器干扰耦合通路的实际结构以及电路工作状态,且通用性强,可以有效地提取任意干扰耦合通路的等效阻抗。实验结果表明,结合变压器共模干扰耦合通路分布参数模型与转移阻抗仿真分析方法,可以有效地提取共模干扰耦合通路的等效阻抗,从而准确地预测隔离型功率变流器的共模干扰噪声发射水平。 为了更全面地描述变压器的高频特性,建立通用的变压器高频模型。本文针对结构较为复杂的传统绕制式变压器,提出了变压器多导体传输线模型。该模型全面地描述了变压器的电磁场特性,可用于分析任意结构的绕制式变压器,适用于各种不同的应用场合。将变压器多导体传输线模型应用于共模干扰耦合通路建模,并针对实际样机,利用有限元仿真软件(Ansoft Maxwell2D)提取变压器的寄生参数矩阵,不仅可以有效地预测变流器所产生的共模干扰,还可以进一步揭示变压器自身结构特征与变压器共模干扰耦合通路阻抗特性、样机所产生的共模干扰发射水平之间的相互联系。实验结果表明,利用本文所建立的变压器多导体传输线模型可以有效地提取变压器共模干扰耦合通路的等效阻抗,从而可在整个传导频率范围(150kHz~30MHz)内准确地预测隔离型功率变流器的共模干扰噪声发射水平。 针对功率变流器的电磁兼容性设计与工作效率优化往往无法同时兼顾的问题,本文以反激变流器中的RCD缓冲电路为研究对象,深入分析了RCD缓冲电路的暂态工作过程,建立了RCD缓冲电路的暂态工作模型,阐明了缓冲电路的设计对干扰源频谱、变流器EMC性能、开关管电压尖刺以及变流器工作效率的影响机理。在此基础上,提出了兼顾变流器EMC性能与工作效率的缓冲电路设计方法。实验结果验证了理论分析的正确性以及优化方案的可行性。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TM46

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【参考文献】
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