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一种车载充电系统开关电源的EMC仿真分析

   2012-09-14 电子科技李民 邱紫敬 王晓明 许悦4140


    1.1.4 电容、电感器和导线

    开关电源由于工作在较高频率,会使低频元器件特性发生变化,如电路中的电容、电感和导线,在高频条件下会呈现出相应的特性变化,由此产生噪声,在对器电路进行分析时需考虑其高频模型。

    1.1.5 PCB板设计

    实际中,由于PCB设计不当,也会引起PCB板线与线之间、器件与线之间的干扰,如线长、线间距及介质层厚度等。这种干扰较为集中的体现为PCB板上的串扰和反射。因此,合理的PCB布局,在工程设计中是一项不容忽视的因素。

    1.2 常见的开关电源EMI抑制措施

    在工程应用中,针对开关电源的工作原理,可从以下几方面着手解决其EMI问题:
    (1)屏蔽技术。屏蔽是抑制开关电源辐射干扰的一种方法,用电磁屏蔽的方法解决电磁干扰问题不会影响电路的正常工作。所谓电磁屏蔽就是以某种材料制成的屏蔽壳体,将需要屏蔽的区域封闭,形成电磁隔离,即其内的电磁场不能越出这一区域,而外来的辐射电磁场不能进入这一区域。
    (2)滤波技术。滤波是抑制传导干扰的一种有效的办法。从频谱角度分析,滤波是压缩信号回路骚扰频谱的一种方法,当骚扰频谱成分不同于有用信号频带时,可以用滤波器进行骚扰滤除。滤波器的作用是允许工作信号通过,而对非工作信号进行最大程度地衰减。在电源输入端加接滤波器可以有效抑制开关电源产生的干扰以及其反馈回电网的干扰,也可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害。
    (3)接地技术。接地技术不仅是保证系统正常工作的有效手段,同时也是抑制电磁干扰,保障设备或系统电磁兼容性,提高设备或系统可靠性的重要技术措施,是保护设施和人身安全的必要手段。“接地”的一个含义是为实际的电路或系统提供一个零电位参考点,也就是平常所说的接大地,另一个含义是为电路或系统与“地”之间建立低阻抗通路,也就是在设备里建立一个公共参考电位点。实际应用中,主要考虑安全接地和信号接地两大类。

    2 某车载充电系统工作原理

    2.1 充电器主回路

    充电器主回路结构如图2所示,采用两级结构:一级为APFC变换,将市电220 V变换成380 V直流电压;二级为DC/DC变换,将380 V直流电压变换成电池组需要的充电电压,对于72 V的铅酸电池,其充电电压最高值为84.6 V。

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交流输入后接EMI滤波器,来抑制充电器产生的高次谐波,以符合相应的电磁兼容测试标准;同时,EMI滤波器可以有效衰减来自于电网的干扰,提高充电器的抗干扰性能。由于有源功率因数校正(APFC)电路输出端的滤波电容较大,在开机瞬间有较大的浪涌电流,冲击甚至烧毁整流桥,所以需串联限流电阻,抑制浪涌电流,在电容充电稳定后控制继电器短路限流电阻。

    在整流桥后,采用ICE2PCS01构成平均电流控制的APFC电路,实现输入电流波形正弦化,与电压同相,使输入功率因数<92%,降低了电源对电网的干扰,满足了现行谐波限制标准。由于APFC的稳压作用,使得后级的DC/DC变换电路的工作点稳定,提高了控制精度和效率。

    DC/DC变换电路采用半桥式拓扑。控制芯片SG2525产生脉冲宽度调制(PWM)驱动信号,经光耦隔离耦合后驱动半桥电路中的功率开关。单片机控制选通电压或电流信号给SG2525,来实现恒压或恒流充电。

 
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