一种车载充电系统开关电源的EMC仿真分析

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。
2．2 系统连接示意图
如图3所示，该充电器系统主要由4块电路板组成，其中包括AC-DC电路板，DC-DC电路板，供电电路板和控制板。各电路板间的接口连接示意图如图3所示，交流市电输入AC-DC板，经桥式整流后，由DC+、DC-两个连接端子与DC-DC板上的DC+及DC-端子相连接。DC-DC电路板上主要实现前级的APFC变换以及后级的半桥式变换，实现铅酸电池的无损伤快速充电。BAT+和BAT-分别连接铅酸电池的正极和负极，整个电路系统的供电由供电电路板提供，其中DC-DC电路板通过副边供电输入端P5、原边供电输入端P4与内部供电板相连接，而整个充电过程的控制及显示信号由DC-DC板上的单片机控制信号输入接口P3与控制板进行信号传递。对于一些外挂元件，由P_CTR1控制信号与功率继电器的控制线相连接，S_CTRL与软启动继电器的控制线相连接，FAN与机壳上的交流风扇相连接，P_SW为整个系统功率回路的通断接口，Rtemp则为散热器温度检测传感器的接口。

3 仿真与分析
采用Hypelynx电路仿真软件，对系统最可能出现EMI问题的DC-DC变换部分进行建模。目前Hyperlynx是应用最为广泛的电路完整性与电磁兼容性仿真软件。具有操作容易、易于掌握的特点。可以在PCB制作之前尽可能地发现并解决隐藏的信号完整性和电磁兼容性问题，最大限度地减小产品设计失败的概率，提高电路系统工作的可靠性，从而缩短开发周期，降低开发成本。HyperLynx的。BoardSim支持信号完整性分析、串扰分析和电磁兼容性分析。本节以充电系统中DC-DC变换部分的PCB设计为例，对其关键网络进行仿真分析，根据前面提出的设计方法，利用Boardsim分析设计中的信号完整性、电磁兼容性和串扰问题，生成串扰强度报告，区分并解决串扰问题。
3．1 仿真设置
对设计好的PCB文件，先将其转换成HYP格式的PCB文件，再进行布线后的信号完整性和电磁兼容性仿真。

如图4，图5所示是图3中DC-DC变换电路HYP格式下的PCB文件及其原理图，以此PCB为例，进行电磁兼容性的交互式批处理仿真，并对其中核心网络进行EMI辐射仿真。

原DC-DC变换电路的PCB板图是利用Protel绘制而成。在进行实际仿真操作时，需要先将其转换成为pcb layout能够识别的格式，再利用layout自带的工具转换成为HYP格式的PCB文件，为下一步的仿真做准备。
3．2 EMC仿真
对图示PCB图进行批处理仿真，生成的Hyperlynx软件仿真报告全面地分析了整板的EMC问题，对报告进行分析，将其中Warning和Warni ng(severe)部分进行分析，可以大致对整板可能存在问题的网络有一个全面的认识，例如对网络3525_START给出的分析意见为“网络走线过长，实际长度为4．534 in(1 in=2．54 cm)，推荐最大长度为3．636 in”。在EMC批处理仿真基础上，着重找出可能存在问题的具体网络进行进一步的EMC交互式仿真。在这里根据报告内容，对PWM信号所在网络进行EMC仿真。结果如图6和图7所示。

被仿真的波形电压值如图6所示，接收端显示的波形呈现出很多过冲和下冲。它存在大量的高频成分，和理论分析相符合，即开关器件存在的网络往往由于其信号含有较多的高频分量，流经器件本身时产生了过冲和下冲，所以在整板中是一个重要的辐射源。

图7为在133 MHz高频下EMC频谱分析图，实线垂直线代表实际PWM网络时钟信号基频辐射值，上面的虚线代表FCC美国，点划线代表CSPR欧洲CLASS B标准容限标准。通过分析可以看到，其辐射值超过了FCC和CISPR的Class B的标准限制。
根据仿真报告和理论分析，可拟定网络的修改意见。
减小走线长度、增大线间距、减小介质厚度、对该网络实现端接调整。在对原有网络进行完善后再次仿真，观察改善后IC接收端的波形以及不同频率处的辐射值。