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大功率开关电源关键EMC器件的高频建模研究

徐利军  
【摘要】:随着电力电子技术的快速进步,开关电源朝着小型化、高功率密度的方向发展。面对日益复杂的电磁环境,对开关电源电磁兼容性的研究刻不容缓。传导干扰作为电磁兼容研究的重要方面,受到越来越多的关注。目前国内外学者对开关电源的传导干扰的抑制和仿真预测展开了多方面的研究。本文对大功率开关电源的滤波元件和开关元件的高频建模展开了研究。对适用于大功率开关电源EMI滤波器的电感线圈的电磁参数计算方法展开研究。由于大功率电源具有高电压、大电流的特点,大功率电感线圈的绕组采用多线并绕的方式来进行均分电流,同时减小趋肤效应和邻近效应的影响。在单线绕制电感线圈的基础上,通过理论分析和公式推导得出了多线并绕电感线圈电感和分布电容的计算方法。为了避免磁芯饱和,给出了磁芯饱和度的分析方法。同时给出了共模电感漏感的计算方法和电感线圈损耗的估算方法。对应用于100kW和30kW开关电源EMI滤波器的差模电感线圈样品的电磁参数进行仿真和实验测试分析。使用宽铜带代替多线并绕漆包线的方法,进行三维建模仿真计算,该方法得到的电感线圈电感值和分布电容与测试值吻合较好,同时节约了计算时间和计算内存,并使用阻抗分析仪对电磁参数进行测试。电感理论计算值相对于测试值的最大误差为6%,仿真值相对于测试值最大误差为0.2%;分布电容理论计算相对于测试值的最大误差为4.7%,仿真值相对于测试值最大误差为7.3%。开展了IGBT电学行为建模的研究。介绍了一种适用于电气工程师使用的IGBT建模方法,该方法基于双脉冲实验测试数据进行IGBT的电学行为模型建模。与传统的基于Datasheet手册的建模方法相比,该方法具有更高的准确度,能更真实的反应IGBT开通与关断瞬间电流电压的动态特性,适用于电路仿真预测平台。


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