研究背景
传导EMI是开关电源产品设计和开发过程中所需满足的基本标准。目前的EMI调试一般处于产品开发末期，但时间占比却高达30%~60%。这是由于产品设计阶段无法评估EMI噪声水平，缺乏针对性的EMI设计；同时工程上的“试错法”无法定位主要噪声的位置和路径，调试盲目。此时亟需一种EMI的仿真预测技术，在设计阶段评估EMI噪声水平，明确噪声的主要源头和路径，将EMI的“玄学”问题转化为可预测的“科学”问题，将“定性”分析转化为“定量”分析，为电源的EMI噪声预测、优化及EMI滤波器的设计提供“软测试”和验证平台。
成果简介
开关电源的传导EMI预测技术通过对传导EMI形成机理的研究，提取影响传导EMI的关键噪声源、噪声路径和敏感元件。综合利用电磁场仿真、部分测试和数学软件计算建立关键半导体器件、电容器件、磁性元件和PCB的内部自参数和外部互参数模型，并依托电路仿真软件建立全电路仿真模型实现传导EMI的时域仿真。同时结合EMI接收机数学模型的后处理实现传导EMI的仿真预测。该技术可在设计阶段就实现对所设计开关电源传导EMI的“预测量”，也可为传导EMI调试提供“软测试平台”。
亮点提炼
开关电源的传导EMI仿真预测与计算资源、软件平台及仿真模型密切相关，其中仿真模型的复杂度和准确度是决定仿真速度和精度的关键影响因素，也是衡量其实际工程应用价值的重要标志。在仿真模型中，磁性元件的内部自参数、近场耦合和EMI接收机模型是仿真成败的关键。
磁性元件内部不仅存在高频磁场同时还存在高频电场的作用，在高频磁场作用下会产生激磁电感、漏感、绕组及磁芯损耗电阻，在电场的作用下会产生寄生电容，高频时二者又会相互影响。该技术建立了综合考虑磁场和电场特性及其相互影响的宽频段磁性元件仿真模型。
在开关电源中，磁性元件、高频回路及滤波器之间遍布磁场与电场的近场耦合，进而产生互阻抗的影响。互阻抗在不同的频率会表现出不同的特性，该技术建立了综合考虑互阻抗特性及器件内部自参数影响的宽频段互参数模型。
传统的EMI仿真只能获得某频率下的噪声值大小，这与EMI接收机的测量结果不同。EMI接收机测量结果不仅与该频率点的噪声大小有关，还与其边带效应有关。本技术建立了综合考虑中频带宽、包络线检波器和PK、AV和QP检波器影响的全频段EMI接收机模型。
基于所建立的传导EMI仿真预测技术对二次通信电源模块、工业控制电源和电动汽车电驱系统进行了传导EMI仿真预测，预测与实测结果在150kHz~10MHz范围内的误差小于6dB，充分证明了该技术具有广泛的适用性。
二次电源模块传导EMI仿真预测（电气规格：输入48VDC，输出28VDC/9A）
工业控制电源传导EMI仿真预测（电气规格：输入220V/50Hz，输出24VDC/10A）
电动汽车电驱系统传导EMI仿真预测
前景与应用
传导EMI的诊断、抑制与优化是目前开关电源设计和开发过程中的技术难点。开关电源的传导EMI仿真预测技术可以在设计阶段实现对电源传导EMI水平的评估及各噪声路径的量化，可以为EMI的调试、优化设计及EMI滤波器的小型化设计提供软验证平台。该技术广泛适用于各类消费类电源、通信电源、工业控制电源和电动汽车电驱系统等的传导EMI仿真预测，可以有效减小EMI的调试和测试周期及成本，是开关电源EMI设计的重要发展方向，具有广泛的应用前景。
