开关电源PCB电磁兼容性的建模分析

情况下ESL 大约在几十nH 左右。在实际分析中，无源元件，如电阻器、电感器和电容器的高频等效寄生参数可用高频阻抗分析仪测得，功率器件的高频模型可以从电路仿真软件的模型库中得到。

另外一个对电路的高频噪声影响较大的因素是印制板上印制导线（带状线）的相互耦合，当一个高幅度的瞬变电流或快速上升的电压出现在靠近载有信号的导体附近，就将产生干扰问题。印制导线的耦合情况通常用电路和导线的互容和互感来表征，容性耦合引发耦合电流，感性耦合引发耦合电压。PCB 板层的参数、信号线的走线和相互之间的间距对这些参数都有影响。

　　建立印刷电路板走线高频模型和提取走线间寄生参数的主要困难是决定印刷板线条单位长度的电容量和单位长度的电感量。通常有三种方法可以用来决定电感、电容矩阵元件：

　　（1）有限差分法（FDM）；（2）有限元法（FEM）；（3）动量法（MOM）。

　　当单位长度矩阵被精确的决定以后，通过多导体传输线或部分元等效电路（PEE C）理论，就可以得到印刷电路板走线的高频仿真模型。Cadence 软件是一种强大的EDA 软件，它的SpecctraQuest 工具可以对PCB 进行信号完整性和电磁兼容性分析，用它也可以对印刷电路板走线进行高频建模，实现对给定结构的PCB 进行参数提取，并且生成任意形状印制导线走线的电感、电容、电阻等寄生参数矩阵，然后利用PEEC 理论，就可以进行EMC 仿真分析。

　　3 共模和差模噪声的电路模型

　　通常电路中的共模干扰和差模干扰是同时存在的，共模干扰存在于电源的任意一个相线与大地之间，差模干扰存在于相线与相线之间。法国Grenoble 电技术实验室的Teuling、Schnaen 和Roudet 基于由MOSFET 构成的400W、开关频率为100KHz 的斩波电路实验模型的研究表明，低频时差模干扰占主导地位；高频时，共模干扰占主导地位，这说明开关电源的差模干扰和共模干扰对电路的影响程度是不同的；另一方面，线路寄生参数对差模干扰和共模干扰的影响也不同，由于线间阻抗与线---地阻抗不同，干扰经长距离传输后，差模分量的衰减要比共模大。因此，为了解决开关电源的传导噪声问题，需要首先区分共模和差模干扰，这就需要建立共模和差模噪声路径，然后对它们分别进行仿真和分析，这种方法便于我们找到电磁干扰问题的根源，便于问题的解决。

　　在工程上可以用电流探头来判断电源是共模还是差模占主导地位，探头先单独环绕每根导线，得出单根导线的感应值；然后再环绕两根导线，探测其感应情况，如果感应值是增加的，则线路中的干扰电流是共模的，反之是差模的。在理论分析中，针对不同的系统，需要分别建立它们的共模和差模噪声电流模型，在我们上述分析的基础上，综合考虑功率器件的高频模型和印制导线相互耦合关系，我们得到了半桥QRC 变换器的共模和差模干扰电路模型，它示于图3。图中的LISN（Line ImpedenceStabilizing network） 是EMC 检测规定的线性阻抗固定网络。因为对于50Hz 工频信号LISN 的电感表现为低阻抗，电容表现为高阻抗，所以对工频信号LISN 基本不衰减，电源可以经LISN 输送到半桥变换器中。而对于高频噪声，LISN 的电感表现为大阻抗，电容可以视为短路，所以LISN 阻止了高频噪声在待测设备和电网之间的传送，因此，LISN 起到了为共模和差模干扰电流在所需测量的频段（典型值为100KHz ~30MHz）提供一个固定的阻抗（50ohm）的作用。

图3 半桥QR C 变换器的噪声模型

　　在上图中，共模噪声电流分别从两套LISN 出发，经过电路开关器件、变压器、PCB 印制导线、副边电路，又回到LISN 形成共模噪声电流回路。差模噪声电流则在两套LISN、印制导线、开关器件、变压器之间形成回路。共模噪声和差模噪声可以分别取自两套LISN的电阻上电压的之差的一半或之和的一半。

　　即：

　　所以：

　　用同样的方法，可以很方便的得到其它拓扑的传导干扰电路模型。