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感性元件宽频建模理论与静态电容计算方法的研究

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感性元件宽频建模理论与静态电容计算方法的研究

作者：张羽枭天津理工大学

学位级别：硕士

随着电力电子技术的发展,功率转换器件及开关电源的工作电压、工作频率及功率密度不断提高。因此,对系统电磁兼容性能的需求也随之提高,其中变压器和电感等感性元件是电磁兼容研究的热点之一,它们在电动汽车、直流输电和脉冲功率等领域... 详细信息

随着电力电子技术的发展,功率转换器件及开关电源的工作电压、工作频率及功率密度不断提高。因此,对系统电磁兼容性能的需求也随之提高,其中变压器和电感等感性元件是电磁兼容研究的热点之一,它们在电动汽车、直流输电和脉冲功率等领域都有着广泛的应用。在高频工况下,感性元件会产生严重的杂散电感和寄生电容,载流线圈间的自电容对其传递函数和频率响应有着不可忽视的影响,且其特性对电路整体性能影响较大,因此建立包含分布参数的感性元件宽频模型对深入研究感性元件引起的电磁干扰问题有重要意义。本文首先研究了基本无源器件的宽频模型及其幅频特性,并简述了宽频建模原理,探究了器件在高频下电特性的变化规律,并以此为理论基础为后续的建模奠定了基础。其次,总结归纳了现有文献中常用到的感性元件寄生参数的提取方法,分析其优缺点。最后,提出了基于阻抗和幅频特性测量结果的感性元件宽频模型参数的提取方法,即利用阻抗分析仪测量感性元件外部端口的阻抗信息和频率特性,计算并提取宽频模型的参数。考虑到变压器与共模扼流圈的结构与工作原理存在一定的差异,且建模流程也不同,本文以变压器和共模扼流圈两种典型的感性元件为例,阐述了宽频建模的思想与方法。其中,变压器采用三电容的宽频模型,其寄生参数采用测量与计算结合的方法。共模电感的建模流程在变压器的基础上,详细分析了共模扼流圈的共模和差模通路模型的基础上,将二者结合建立了一种共模扼流圈全电路宽频模型,并针对差模电感的频变特性提出了一种差模阻抗修正方法以改善模型的精度。该宽频模型构建方法可用于电磁干扰滤波器等系统的建模仿真、设计与优化。此外,磁芯的频变特性会影响绕组漏感进而导致差模通路模型精度的降低,故本文通过非线性拟合优化了差模通路模型阻抗的表达式,调整后的R值为0.98512,拟合结果表明拟合度较为理想。在感性元件寄生电容的提取策略基础上,通过推导静态电容的理论公式可以发现感性元件的绕组缠绕方式会影响寄生电容的大小,且通过有限元仿真验证了现有的静态电容计算方法精度不高。为此,本文从感性元件寄生电容的产生机理入手,提出了一种改进的计算实心圆截面导体间静态电容值的方法。在考虑到感性元件的绕组尺寸和结构对电场耦合和能量分布影响的基础上,提出了双曲线积分路径的静态电容计算方法。通过构建两导体匝间静态电容的有限元模型,验证了静态电容改进计算方法的准确性。一般而言,感性元件绕组有正交堆叠和交错堆叠两种缠绕形式,从导体间电容的计算方法来看,两种缠绕形式的静态电容计算方法仅在积分角度存在较小差异,为得到更精确的电容值,采用有限元仿真的方法进行参数提取并验证本文提出方法计算结果的精确性。最后,制备单层绕组的空心电感线圈以模拟正交堆叠线圈并进行实验参数的提取,结果表明实验和计算结果相吻合。本文提出的基于参数测量的感性元件宽频建模与寄生电容的计算方法为研究预测感性元件性能参数和分析电磁干扰提供了理论基础,此研究成果可以推广到各类含有高频感性元件的系统中。

关键词：感性元件宽频建模寄生参数提取积分路径有限元静态电容

基于交错并联DC-DC的EV驱动-充电集成系统传导干扰研究

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基于交错并联DC-DC的EV驱动-充电集成系统传导干扰研究

作者：袁雪哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着我国汽车产业的飞速发展,电动汽车的数量持续上升,而电动汽车的车载装置部分由于采用了大量的电力电子高频器件,正常工作时会产生传导干扰,这导致电动汽车的电磁兼容的问题日益严重。本文主要进行电动汽车驱动-充电集成系统的传导... 详细信息

随着我国汽车产业的飞速发展,电动汽车的数量持续上升,而电动汽车的车载装置部分由于采用了大量的电力电子高频器件,正常工作时会产生传导干扰,这导致电动汽车的电磁兼容的问题日益严重。本文主要进行电动汽车驱动-充电集成系统的传导干扰研究:研究集成系统驱动模式和充电模式工作在稳定状态时的传导干扰产生机理、传播路径,并建立系统传导干扰仿真模型;提取系统的各项寄生参数并研究其对传导干扰的影响;针对集成系统不同的工作模式进行了传导干扰抑制。本文分别对集成系统的驱动模式和充电模式的电路原理以及集成方法进行分析。实际系统的工作状态与电路理想的工作状态有偏差,为了尽可能的准确建立传导干扰模型,本文对集成系统各部分的的寄生参数进行提取:应用解析法计算开关管的寄生电容;对母排的寄生参数进行提取,并分析其环路电感;建立电感、电容的高频模型,并进行阻抗仿真分析。建立传输线模型,分析双导体和三导体传输线电路模型,根据电缆各项参数,对逆变器输出电缆进行仿真分析,从而建立一个由多段集总参数等效电路模型级联的逆变器输出电缆等效电路。介绍了传导干扰的提取与分析方法,研究驱动-充电集成系统的传导干扰的回路构成,重点分析了系统的共模回路。在仿真软件中搭建系统模型,对两种工作模式分别进行传导干扰仿真,分析其共模干扰与差模干扰。研究母排寄生参数、开关管寄生电容、逆变器输出电缆对系统传导干扰以及差模干扰与共模干扰的影响。同时针对较为复杂的驱动模式,本文对DC-DC模块、逆变器模块与整体系统传导干扰的关系进行了分析。分析驱动-充电集成系统在驱动模式和充电模式的传导干扰抑制方法。驱动模式下,应用频率抖动方法抑制DC-DC模块的传导干扰,可以有效地消除干扰尖峰;应用TSPWM控制方法来减少逆变器共模电压波动次数从而抑制逆变器模块的传导干扰,降低全频段的传导干扰。充电模式下,分析了PWM双极性调制与单极性调制产生的传导干扰差别,并且设计了EMI滤波器来进行传导干扰的抑制。最终使驱动-充电集成系统在两种工作模式下均可以满足国家电动汽车零部件传导干扰的相关标准。

关键词：电动汽车驱动-充电集成系统寄生参数提取传导干扰仿真传导干扰抑制

基于S参数的DAB变换器传导电磁干扰的建模及抑制

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基于S参数的DAB变换器传导电磁干扰的建模及抑制

作者：钟荣强电子科技大学

学位级别：硕士

双有源桥式(dual active bridge,DAB)变换器已经成为电动汽车中广泛应用的一种隔离型DC-DC变换器,虽然它具备能量双向流动以及输入输出电气隔离等优点,但是大量的开关器件和复杂的电路结构也带来了强烈的电磁干扰(electromagnetic inter... 详细信息

双有源桥式(dual active bridge,DAB)变换器已经成为电动汽车中广泛应用的一种隔离型DC-DC变换器,虽然它具备能量双向流动以及输入输出电气隔离等优点,但是大量的开关器件和复杂的电路结构也带来了强烈的电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)问题,因此对DAB变换器传导电磁干扰机理的研究具有重要意义。本文基于S参数提取了开关器件的寄生参数,并由此搭建了DAB变换器时域仿真模型,然后建立了预测共模传导EMI的二端口等效行为模型,分别在时域仿真模型及硬件平台上得到了验证,最后基于该模型提出了一种EMI滤波器设计方法,主要研究内容分为三部分。(1)针对开关器件中的寄生元件影响变换器EMI的问题,提出了一种基于S参数提取其参数值并建立参数模型研究传导EMI的方法。首先,介绍了端口网络参数,通过单端口S参数求取了二阶RLC串联电路的参数值;其次,利用二端口S参数提取了MOSFET的寄生参数值,并通过ADS仿真和实验得到了验证;再次,将该方法推广到半桥电路的参数提取应用上并设计了流程步骤,在基于MOSFET的半桥电路及大功率IGBT模块上验证了其准确性;最后,基于上述提取结果建立了MOSFET的参数模型,搭建了DAB变换器时域仿真模型研究共模传导EMI。(2)针对DAB变换器结构复杂从而导致传导电磁干扰分析困难的问题,基于S参数建立了一种二端口等效行为模型来预测共模传导EMI。首先,推导了变换器的工作模态并详细介绍了其工作原理;其次,给出了二端口等效行为模型的定义并进行了阐述,分别针对仿真和实验设计了建模流程方案;最后,通过SABER进行电路时域仿真并验证了仿真建模流程,搭建了DAB变换器硬件平台对实验建模流程进行了验证。(3)针对DAB变换器的共模传导EMI超标问题,基于等效行为模型设计了滤波器抑制干扰。首先,由模型预测的电磁干扰噪声计算出变换器的衰减需求;其次,基于滤波器的理想衰减幅度确定截止频率以及滤波器元件参数值;最后,通过时域仿真模型以及硬件平台对滤波器衰减效果进行了分析,验证了该抑制方法的有效性。

关键词： S参数 DAB变换器寄生参数提取共模传导电磁干扰抑制

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中压SVG驱动保护电路电磁干扰建模及分析

中压SVG驱动保护电路电磁干扰建模及分析

作者：曹雷浙江大学

学位级别：硕士

静止无功发生器（Static Var Generator,SVG）具有动态响应速度快,受系统电压波动影响小,谐波含量少等优点,逐步成为应用最为广泛的无功补偿装置。由于中压SVG电压等级高,开关管动作速度快,较大的dv/dt和di/dt引起系统内部寄生参数谐振... 详细信息

静止无功发生器（Static Var Generator,SVG）具有动态响应速度快,受系统电压波动影响小,谐波含量少等优点,逐步成为应用最为广泛的无功补偿装置。由于中压SVG电压等级高,开关管动作速度快,较大的dv/dt和di/dt引起系统内部寄生参数谐振使得电压电流产生高频振荡,引入了电磁干扰（EMI）,严重影响了模块驱动等低压敏感电路正常工作,给装置造成安全隐患。因此,有必要开展SVG系统中低压端口的电磁干扰研究,提高设备运行的稳定性。本文以一种SVG模块单元为研究对象,对系统运行过程中产生的电磁干扰进行分析与建模。本文主要内容如下:（1）为了探究中压SVG高压侧电磁干扰对低压电路影响,建立了一种开关管驱动保护端口电磁干扰耦合模型,分析了退饱和检测短路保护电路受扰误动作机理,建立了SVG模块单元高频模型,仿真并实测了模块驱动保护端口上干扰电压的时域波形。（2）将SVG模块投切产生的高频振荡电流作为干扰源,建立了单个模块切换过程中的分段频域高阶电路模型,考虑了系统高频寄生参数、开关器件密勒效应和反向恢复等非线性特性对振荡干扰的影响,推导了干扰源时域波形表达式,通过仿真和实验测试对比进行了验证。（3）建立了SVG多模块级联系统的简化频域阻抗模型,分析了H桥级联个数、变流器输出电平数以及电抗器功率档位对系统高频振荡电磁干扰的影响,确定了影响干扰源特性的关键寄生参数,进而提出一种短路保护电路参数设计方法,用于解决振荡干扰引起的短路保护误触发问题。本文围绕中压SVG模块驱动保护端口的电磁干扰分析与建模开展研究工作,文中涉及的建模方法有助于在设计阶段对系统电磁干扰水平进行预测评估,为设备低压敏感回路的干扰抑制研究提供理论支撑。

关键词：静止无功发生器电磁干扰器件建模寄生参数提取驱动保护

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高集成度宽带射频前端关键技术研究与设计

高集成度宽带射频前端关键技术研究与设计

作者：易磊电子科技大学

学位级别：硕士

随着电子技术的飞速发展,电子战已经成为重要的战争形式,侦察接收机作为电子战的核心部分不断朝着复杂化、小型化、数字化方向发展。现代电子战中日益复杂的电磁环境迫使侦察接收机指标不断朝着低噪声、宽频带、高灵敏度和大动态范围发... 详细信息

随着电子技术的飞速发展,电子战已经成为重要的战争形式,侦察接收机作为电子战的核心部分不断朝着复杂化、小型化、数字化方向发展。现代电子战中日益复杂的电磁环境迫使侦察接收机指标不断朝着低噪声、宽频带、高灵敏度和大动态范围发展。因此,本文将对宽带侦察接收机射频前端关键技术进行研究和设计,主要内容包括以下几个方面。第一,根据指标要求设计了一款工作频段为30MHz～18GHz的宽带侦察接收机射频前端。根据现有接收机实现方案,对比不同结构优劣势后选用二次超外差结构完成射频前端设计,选择2384和4384MHz作为第一中频,输出中频为384MHz。为了提升射频前端抗干扰能力,将接收频段分为15个频段进行分段滤波。根据指标要求进行链路预算仿真后对射频前端关键电路进行了设计。第二,为了缩小射频前端模块体积,提高射频前端的集成度,对接收机射频前端宽带互连技术进行了研究。首先简要介绍了射频前端中使用到的金丝键合、过孔和射频绝缘子等互连技术。然后通过仿真分析了键合参数对金丝键合传输特性的影响,并提出了一种基于实际键合参数的键合线寄生参数提取方法,设计了一种微带阻抗匹配电路,实验表明在0-40GHz频段范围内插入损耗最大优化了0.7d B。最后基于S参数的电路参数提取原理,完成了射频连接器和PCB过孔寄生参数提取,并对射频绝缘子垂直互连结构进行了传输特性优化。第三,对接收机前端中低噪声放大器这一关键器件进行了电磁干扰特性研究。首先,提出了一种改进型p HEMT小信号等效电路提取方法,并完成了Ga As p HEMT小信号模型建模,随后设计并制作了2.45GHz的低噪声放大器,完成了低噪声放大器性能实测。然后对低噪声放大器在强电磁干扰下的响应特性进行研究,并将设计的低噪声放大器作为注入效应试验样品,完成了强电磁干扰注入效应实验,明确了低噪声放大器对不同强电磁干扰的响应。最后对低噪声放大器强电磁干扰抑制方法进行分析和实测。最后完成接收机射频前端版图和腔体设计以后对射频前端指标进行了测试,测试结果表明在30MHz～18GHz频段范围内,射频前端噪声系数为6.15d B,灵敏度优于-115d Bm,输入二阶截点优于45d Bm,输入三阶截点优于4d Bm,无杂散动态范围优于70dB。

关键词：宽带接收机射频前端金丝键合低噪声放大器寄生参数提取

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LTCC平面螺旋电感参数提取方法分析

计算机与网络 2011年第15期 46-48页

作者：崔平武健中国电子科技集团公司第五十四研究所

电感元件在微波多芯片组件(MCM)设计中具有重要地位,其基于参数提取的宏模型是系统仿真的关键。介绍了修正π平面螺旋电感高频等效电路模型及模型参数提取的方法,通过实测数据分析了在不同线宽、不同间距、不同圈数情况下的电感有效值及... 详细信息

电感元件在微波多芯片组件(MCM)设计中具有重要地位,其基于参数提取的宏模型是系统仿真的关键。介绍了修正π平面螺旋电感高频等效电路模型及模型参数提取的方法,通过实测数据分析了在不同线宽、不同间距、不同圈数情况下的电感有效值及Q值。研究结果对低温共烧陶瓷(LTCC)平面螺旋电感的应用具有指导意义。

关键词：低温共烧陶瓷螺旋电感寄生参数提取宏模型

Cadence与Agere Systems合作

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集成电路应用 2003年第2期 18-19页

2003年1月6日,Cadence Design Systems与Agere Systems(杰尔系统)公司宣布推出了针对高精度版图寄生参数提取的Assura RCX 平台的增强版。Cadence得到了Agere Systems公司关于Nebula技术的独家许可,在Assura RCX产品线中引入了该

关键词：寄生参数提取 Agere Systems CX Cadence 增强版