基于混沌扩频和有源箝位电路方法的反激变换器共模传导干扰抑制研究

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开关变换器现已应用在各类设备中,起到电能传输与转换的作用。但随着功率密度的大幅度提升,电磁干扰已经成为制约开关变换器进一步发展的瓶颈。混沌扩频脉宽调制技术可以将电磁干扰峰值频点的频谱扩散到连续频段内,从电磁干扰源头降低电磁干扰频谱峰值,因此得到广泛地研究和关注。但是混沌扩频脉宽调制技术作为一种抑制方法却无法降低电磁干扰频谱的总噪声能量。针对该问题,本文以反激变换器为实验和分析模型,展开了如下工作:首先建立有源箝位反激变换器模型,并进行EMC分析。阐述有源箝位电路下反激变换器的工作过程,同时建立反激变换器的共模传导干扰回路,深入探究共模传导干扰产生的原因。并由工作过程分析结论可知有源箝位电路可以降低反激变换器主开关管的漏源电压变化率,从而降低共模噪声。其次根据混沌扩频脉宽调制技术降低电磁干扰的工作机理,提出一种基于混沌扩频和有源箝位电路的抑制方法。根据傅氏理论,推导并比较定频和混沌扩频下开关管漏源电压的功率谱密度函数,详细介绍了混沌扩频脉宽调制技术连续开关管电磁干扰频谱、削弱噪声峰值的原理。并在此基础上,构建传统反激变换器和有源箝位反激变换器的主开关管漏源电压波形,推导该两种模式下的功率谱密度函数。对比可知本文提出的基于混沌扩频和有源箝位电路的抑制方法不仅具有传统混沌扩频连续开关变换器电磁干扰频谱的特性,还可以降低电磁干扰噪声总能量。然后进行有源箝位反激变换器和混沌电路的设计。根据设定参数分别对主电路、控制电路、驱动电路、混沌电路进行拓扑和参数上的选取。同时使用Saber对系统进行EMI仿真,验证设计合理性和本文理论部分的正确性。最后基于蔡式混沌电路设计了一台60W、200kHz的有源箝位反激变换器实验样机。在该样机的基础上测量了定频和混沌扩频下主开关管漏源电压的频谱、共模噪声的频谱。同时测量在定频反激变换器、混沌扩频反激变换器、定频有源箝位反激变换器、混沌扩频有源箝位反激变换器四种工况下共模传导干扰频谱。实验结果验证了本文提出的基于混沌扩频和有源箝位电路的抑制方法不仅可以连续电磁干扰频谱,还可降低电磁干扰噪声总能量的结论。
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