- 頭條應用副邊諧振技術的單端反激式變換器，可有效降低電磁干擾2019-11-22 作者：陳強、陳章勇、陳勇 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語電子科技大學自動化工程學院電動汽車動力系統與安全技術研究所的研究人員陳強、陳章勇、陳勇，在2019年第4期《電工技術學報》上撰文（論文標題為“基于副邊諧振技術的單端反激式變換器EMI分析”），針對傳統單端變換器中電壓和電流變化率大、電磁干擾嚴重的問題，研究一種基于副邊諧振技術的單端反激式變換器，在應用副邊諧振技術后，該變換器諧振電容電壓的影響和勵磁電感的設計可使開關管電壓、電流應力降低，諧振腔的位置設計將整流二極管和諧振二極管的端電壓鉗位在輸出電壓，合適大小的諧振周期可以使諧振二極管實現零電流關斷。本文分析斷續導通模式下副邊諧振變換器的噪聲耦合路徑、等效模型、噪聲優化理論。分析結果表明：引入副邊諧振技術后，共模噪聲源減小，合理設計諧振腔可增大等效阻抗，進一步減小共模電壓；相比傳統反激變換器，勵磁電感設計得更大，從而降低變壓器的電流紋波，減小差模噪聲。搭建仿真模型和60W實物樣機，實驗驗證了副邊諧振技術可以有效降低電磁干擾水平。
當前，隨著對開關電源高頻化、小型化、模塊化的研究不斷深入，電磁干擾（Electromagnetic Interference, EMI）問題成為不可忽視的一個重要方面。解決EMI的方法有很多，最常用可靠的方法是在系統輸入端加入EMI濾波器，可以阻斷EMI傳播路徑，甚至消除EMI噪聲，但EMI濾波器存在體積大、成本高等缺點，設計時須考慮阻抗失配原則，增加了其設計難度。
有一種技術是通過隨機調制脈寬調制（Pulse Width Modulation, PWM）的頻率，如混沌調制技術、雙頻率控制技術等方法，可以根本性地降低EMI水平。文獻[8]就采用了頻率調制的方法，發現該技術能均勻分散噪聲頻譜的峰值能量，但傳導干擾的總量不變。這種拓展頻帶的技術可以將噪聲的峰值能量均勻分散，對EMI的優化效果顯著，不過容易造成系統的不穩定，頻率抖動范圍較大時反而會造成EMI噪聲升高。
軟開關技術通過降低系統產生的du/dt和di/dt改善EMI噪聲。這類技術設計初期的目的是降低開關損耗，提高電源效率，順帶著降低EMI水平。文獻[14]提出了一種移相軟開關變換器，不僅實現了零電壓開通（Zero Voltage Switching, ZVS），共模干擾還降低了10～20dB V。不過軟開關技術根據應用拓撲的不同，實現方案多種多樣，是否可以降低EMI水平不能一概而論，需要對特定拓撲和特定軟開關方案做進一步研究。
文獻[15,16]提出了副邊諧振思想，但僅是研究其軟開關特性，并未研究其EMI水平。本文在反激變換器中引入副邊諧振技術研究其EMI水平的變化。只需在反激拓撲的副邊增加一只小電容和一只二極管，利用副邊漏感即可構造諧振支路。
在分析了副邊諧振變換器的工作模態、EMI的噪聲源及耦合路徑的基礎上，推導出EMI優化理論。搭建一組仿真模型和60W實物樣機，采集功率器件的電壓/電流波形并計算頻譜與傳統反激變換器做對比分析，實驗結果發現該技術有效降低了EMI水平。
結論
本文研究了副邊諧振反激變換器，闡述了其工作模態，基于主功率器件的高頻模型分析出EMI噪聲源及其耦合路徑，根據等效模型推導出共模電壓和差模電壓的計算公式并對比分析了其優化理論。分析結果表明：副邊諧振技術減小了共模噪聲源，合理的諧振腔設計可增大傳輸中的等效阻抗進一步減小共模噪聲；一次電流紋波的降低減小了差模噪聲。
實驗結果發現，副邊諧振技術有效減小了低頻段EMI頻譜幅值，仿真中最高減小共模噪聲12dB V，差模噪聲8dB V，PCB實驗中開關管處最高降低3.25V，整流二極管處最高降低6.8V，變壓器處最高降低了0.9A。因此，副邊諧振單端反激式變換器具有效率高、EMI水平低的優勢，在中小功率場合具有廣泛的應用前景。
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