開關電源差模電流輻射干擾的模擬與分析

4、結果分析：

閉合印制線回路的面積越大，差模電流所產生的輻射干擾就越嚴重。但是同樣面積的閉合印制線回路，如果回路形狀發生變化，不再是正方形結構，其產生的輻射干擾效果一樣會隨著變化，甚至產生相當大的差異。圖5顯示了當閉合印制線回路的面積保持25m2不變時，矩形印制線回路源與終端所在的邊分別為2cm、3cm、4cm和5cm時差模電流所產生的輻射干擾效果，且在頻率為500MHz、1GHz和1．5GHz時分別進行考慮。顯然，頻率增高，相同結構的閉合印制線回路產生的輻射干擾跟著增強，并且隨著頻率增高差模電流的輻射能量逐漸向印制線路板的正面轉移，如圖3所示，這是因為頻率的增高使得接地平面相對于差模電流信號的電尺寸變大，從而對閉合印制線回路的輻射場產生更大的反射效果。更為重要的是，隨著閉合印制線回路由正方形逐漸變化為越來越狹長的矩形，差模電流所產生的輻射干擾顯著減小。也就是說，即使閉合印制線回路的面積相同。適當地改變其形狀，使之越來越狹長，同樣可以減小相同強度的差模電流的輻射干擾。

閉合印制線回路上流過的差模電流產生的輻射干擾在各個極化方向上的分布是不同的。圖6是矩形印制線回路的源和終端所在的邊為3(回路面積為25)時頻率為1．5GHz差模電流的輻射干擾在X、Y、Z方向上的極化分量的三維方向圖，從圖中可以看到，X和Z方向上的極化分量主要集中于印制板正面的X軸的兩側，而Y方向上的極化分量主要集中于印制板的正上方區域，并且沿Y方向的極化分量最大，分別為X、Y方向極化分量的兩倍左右，對于源和終端所在邊為2cm、4cm和5cm時的閉合回路也是如此。



根據印制線路板上差模電流的輻射特性，開關電源設計人員在進行印制線路板和機箱內部結構設計的時候可以從以下幾個方面來考慮：

1．通過改變閉合印制線回路的形狀，使之盡量狹長。可以有效的減小差模電流的輻射干擾水平。

2．根據差模電流在各個極化方向上的輻射水平的不同，盡量使臨近印制板上的印制線或元器件在較大輻射水平的極化方向上有最小的電長度，這樣可以保證它們耦合到較少的電磁能量。

3．在對機箱內部的電纜進行布線設計時，確保電纜在較大輻射水平的極化方向上的電長度最小，從而使電纜耦合到的電磁能量最小。

4．確定得到最小的機箱對外輻射效果的通風窗或者是觀察窗的位置和結構。通風窗或觀察窗應盡可能的安裝在輻射水平較低的位置，如果通風窗或觀察窗是由矩形孔構成的，還應該考慮輻射場在窗口位置的各個方向的極化水平，盡量使矩形孔的長邊不在輻射水平最大的極化方向上，以便使從機箱輻射出去的電磁能量最小。

對以上幾點進行考慮的時候還要綜合其它結構的干擾源的輻射效果，比如繼電器、散熱器和電纜產生的輻射干擾，而這些都是可以通過數值或者是解析的方法得到的。

5、結論：

從對開關電源差模電流的輻射干擾進行電磁場數值模擬的結果可以看出，差模電流的輻射干擾隨著閉合回路的面積增加而增強，并呈線性變化，頻率的增高也使差模電流的輻射能量更集中于接地平面的上方。更為重要的是，相同面積的閉合回路，回路的形狀越來越狹長，差模電流引起的輻射干擾就越來越小。同時，差模電流的輻射干擾在各個極化方向上有不同的分布。這些差模電流的輻射特性可以作為進行開關電源印制線路板設計和機箱內部的電磁兼容性設計的依據。