摘要 介紹了一種車載充電系統(tǒng)開關電源的工作原理，并對其實際工作中的EMI問題進行分析討論，利用仿真軟件Hyperlynx對該系統(tǒng)的PCB板圖進行了電磁兼容仿真分析，得到PWM信號所在網(wǎng)絡的電壓波形和EMC頻譜圖，仿真結(jié)果顯示，增加線距、減小線長、減小介質(zhì)層厚度、凈化Aggressor信號和網(wǎng)絡的合理端接將對開關電源EMI問題實現(xiàn)有效抑制，仿真所得結(jié)果對電路的合理設計和布局有指導意義。
關鍵詞 車載充電系統(tǒng)；開關電源；電磁兼容性仿真

1 開關電源電磁干擾機理與抑制措施
開關電源的開關器件應用較多的是MOSFET和GIBT。其在關斷時會產(chǎn)生較大的電壓、電流變化率。開關電源中的開關器件在關斷時，電壓／電流的變化率較大，會造成較大干擾。為抑制開關電源的干擾，必須了解干擾源所產(chǎn)生噪聲信號的頻譜特性。開關電源線路如圖1所示。

1．1 開關電源噪聲源分析
1．1．1 功率開關管
一般來說，功率開關管及其散熱片與設備外殼和電源內(nèi)部的引線間存在著分布電容。當開關管頻繁導通和關斷時，會有矩形波的形成，這種矩形波含有豐富的高頻成分。由于開關管的存儲時間、輸入輸出電容、整流二極管的反向恢復時間等，會造成很大的尖峰電流，當其流經(jīng)變壓器和電感產(chǎn)生的電磁場都可能形成噪聲源，甚至可以擊穿開關管。
1．1．2 高頻變壓器
當原導通開關管關斷時，高頻變壓器的漏感所產(chǎn)生的反電動勢E=-LP·di／dt，其值與集電極的電流變化率成正比，與漏感成正比，迭加在關斷電壓上，形成關斷電壓尖峰，從而形成傳導干擾。它既影響其他設備的安全和經(jīng)濟運行，也影響自身的工作。開關電源中的變壓器作用是：隔離與儲能。在高頻情況下，其隔離不完全，變壓器層間的分布電容使開關電源中的高頻噪聲易在初次級之間傳遞。變壓器對外殼的分布電容形成另一條高頻通路，而使變壓器周圍產(chǎn)生的電磁場更容易在其他引線上耦合形成噪聲。
1．1．3 整流二極管
在輸出整流二極管截止時有一個反向電流，其恢復到零點的時間與結(jié)電容等因素有關。其中能將反向電流恢復到零點的二極管稱為硬恢復二極管。它會在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下產(chǎn)生較強的高頻干擾，其頻率可達幾十MHz。PN型硅二極管用作高頻整流時，正向電流蓄積的電荷在加反向電壓時不能立即消除，只要這個反向電流恢復時的電流斜率過大，流過變壓器線圈的電感就會產(chǎn)生尖峰電壓。
1．1．4 電容、電感器和導線
開關電源由于工作在較高頻率，會使低頻元器件特性發(fā)生變化，如電路中的電容、電感和導線，在高頻條件下會呈現(xiàn)出相應的特性變化，由此產(chǎn)生噪聲，在對器電路進行分析時需考慮其高頻模型。
1．1．5 PCB板設計
實際中，由于PCB設計不當，也會引起PCB板線與線之間、器件與線之間的干擾，如線長、線間距及介質(zhì)層厚度等。這種干擾較為集中的體現(xiàn)為PCB板上的串擾和反射。因此，合理的PCB布局，在工程設計中是一項不容忽視的因素。