基于DSP的高频开关电源设计与实现

1、声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：鹾重盔锄弓年弓月刁日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：功；年多月叼日硕士论文基于的高频开关电源设计与实现摘要

2、本文在掌握高频开关电源基本结构和原理的基础上，设计一款输入电压为交流，输出电压分别为、，开关频率为的高频开关电源，采用对其进行数字控制。主要内容包括以下几个方面：首先提出高频开关电源总体设计方案。根据电源参数要求选择合适的电路拓扑结构与控制电路并进行相关原理图的设计。然后对高频开关电源主电路进行设计，主要包括输入端滤波器、功率因数校正电路、移相全桥零电压开关电路等，利用以及等仿真软件对相关电路进行仿真验证，结果证明设计方案的有效性和可行性。给出了模糊算法的软件实现方法以及波形生成方法和相应的程序流程。其次是高频变压器的设计与仿真，详细叙述了高频变压器的设计步骤。对高频变压器绕组损耗进行分析，应

3、用有限元法分别对单股粗导线构成的绕组和由多股细导线并绕构成的绕组进行仿真，得到其绕组损耗及能量分布等参数，结果表明多股细导线并绕构成的绕组损耗要小于单股粗导线构成的绕组。最后是高频开关电源总体仿真与硬件制作。总体仿真结果表明高频开关电源输出电压分别稳定在、以及，纹波系数均符合设计指标，证明设计的正确性。基于有限元法分别对自动布线的高频开关电源与按照电磁兼容规则优化后的进行仿真，得到其在、频率处的近场辐射参数。结果表明对进行优化以后其近场辐射的范围和数值均有所减小，提高了的电磁兼容性，在此基础上完成高频开关电源设计与具体的硬件制作及调试。综上所述，通过对各个环节分别进行设计与阐述，论文完成了高频

4、开关电源设计这一核心任务。关键词：高频开关电源，模糊算法，变压器绕组损耗，电磁兼容，有限元法，硬件制作，、：，、，。，、，、，：，硕士论文基于的高频开关电源设计与实现目录摘要绪论选题的背景与意义高频开关电源研究现状高频开关电源主电路拓扑结构的研究现状高频开关电源数字控制的研究现状控制算法的应用现状高频开关电源研究现状小结设计方法与论文思路设计方法论文思路高频开关电源总体设计方案高频开关电源总体设计方案一高频开关电源主电路拓扑结构选择功率因数校正电路拓扑结构选择变换器拓扑结构选择输出整流滤波电路结构选择数字控制的芯片选择与电路设计芯片的选择时钟电路设计电压电流传感器选型与采样电路设计供电电源电路

5、设计功率管驱动电路设计高频开关电源技术参数小结高频开关电源主电路与控制系统的设计仿真开关电源输入端滤波器设计与仿真传统滤波器结构与分析改进后的滤波器结构两种滤波器的比较与仿真分析目录硕论文数字控制设计与仿真数字控制总体设计方案电路参数计算有源功率因数校正电路的仿真分析移相全桥变换器的设计与仿真移相全桥软开关变换器主电路总体设计主电路参数计算移相全桥变换器的仿真分析基于的控制系统程序设计模糊自适应控制器的设计程序设计程序仿真与调试小结高频变压器的设计与仿真高频变压器参数计算匝比的计算一磁芯的选择绕组匝数的计算一绕组导线截面积的计算基于有限元法的高频变压器绕组损耗分析与仿真高频变压器绕组损耗分析一

6、高频变压器绕组损耗的仿真一高频变压器仿真分析与制作小结高频开关电源总体仿真与硬件制作高频开关电源总体仿真基于有限元法的高频开关电源电磁兼容分析与仿真一自动布线电磁兼容仿真分析高频开关电源电磁兼容设计分析按照电磁兼容规则布线后仿真分析两种布线方式的比较分析一高频开关电源设计与硬件制作高频开关电源设计高频开关电源硬件制作硕士论文基于的高频开关电源设计与实现、结总结与展望。总结展望致谢参考文献附录硕士论文基于的高频开关电源设计与实现绪论选题的背景与意义开关电源在近年来得到了迅速地发展，一般情况下，我们说的开关电源是指电力电子器件在高频开关状态下工作的直流电源。因此，开关电源也叫做高频开关电源。由于开

7、关电源具有很多传统的线性稳压电源无可比拟的优点，所以近年来在许多领域得到了越来越广泛的应用。传统的开关电源对输出电压的调节是采用模拟元件来进行的，虽然这样的控制方式已经很成熟，但它们受到很多限制，例如，模拟控制电路因为使用很多的器件而需要很大的空间，而且这些元件的值在不同的温度和其他环境条件下会不断改变，这样就对系统的稳定性和动态响应带来危害，此外对模拟系统进行测试和维修时会遇到较大困难。因此在很多情况下采用模拟控制方法已经不能满足人们新的要求，随着的出现，尤其是数字处理器性能的不断提高和价格的不断降低，数字电源逐渐走进了日常生活【】。数字电源比使用模拟技术的电源具有更多的可调性。将开关电源进

8、行数字化处理以后，在模拟信号中经常发生的畸变、失真以及杂散信号干扰就可以被避免。此外，采用数字控制以后，开关电源就具有可控性好、易扩展、可编程、易维修等一系列优点【】【】【】。电源系统的各个环节都采用来控制，不仅增加了灵活性，而且在各种条件下都能优化电源的输出。随着微处理器的使用和人们对监控程序的不断研究开发，当前开关电源普遍提高了自我监控的能力，可以对各种运行参数和状态进行实时不间断地监测。此外，在发生故障的时候能够及时向人们发出警报并对故障进行自诊断，这就使设备的可靠性和对用户的适应性得到了很大提高。综上所述，研究利用基于的高频开关电源可以弥补传统开关电源体积庞大、结构复杂、灵活性差、调试

9、麻烦等缺点，提高开关电源控制的灵活性和精度。所以，基于的高频开关电源设计具有很好的现实意义和应用价值。高频开关电源研究现状虽然传统的线性稳压电源具有稳定性好、纹波小、可靠性高等优点，但由于电路结构中使用了笨重的工频变压器和滤波器，导致其电源整体的效率较低，所以逐步被开关电源所取代。开关电源通常包括六大环节：）输入电路；）功率因数校正电路；）功率转换电路；）输出电路；）控制电路；）频率振荡发生器。绪论硕士论文高频开关电源主电路拓扑结构的研究现状对于主电路形式的选择，国内外文献中已有很多相关阐述。通常情况下根据输出功率、输出电压等性能指标来选择主电路结构。如果设计中遇到需要较大输出功率的情况，那么

10、合适的选择是采用三相输入电源和桥式逆变电路；相反，如果设计中遇到需要输出功率小且输出电压高的情况，明智的选择是采用反激变换器结构。此外，一般情况下输出功率小的开关电源都是采用单相电源作为输入的。对于大功率电源如果直接进行设计势必造成成本的浪费，一种比较经济的选择是把一批中小功率的电源模块并联起来构成所需要的大功率电源。王跃林在他的论文中设计了一款的用于通信的电源系统，重点对功率因数校正和变换两部分做了研究和说明¨们。利用移相控制全桥变换器的概念做出了、的变换器【，采用在输出整流电路并联谐振网络的方法，做出了、的全桥变换器，效率达】。通过使用两个管组成输出整流的一个桥臂，张军明、张方做

11、出了、的电源模块。高频开关电源数字控制的研究现状由于传统的开关电源采用模拟控制方式，所以具有一系列的缺点，例如体积庞大、结构复杂以及灵活性不够等。因此，模拟控制在电源的发展潮流中将被逐渐淘汰。而随着数字处理器性价比的不断提高，数字电源应运而生，其优点有可控性好、干扰小、易扩展以及易维修等，所以开关电源的数字化必然会得到迅猛的发展。随着人们对功率器件的研究探索和制造水平的不断进步以及芯片处理速度的不断提高，数字控制方法在开关电源中的应用正在成为现实，在开关电源的控制中使用可以带来以下优点：（）先进的控制方法和策略可以在数字控制中以程序的形式得到实现，从而使电源的各种性能指标得到提高。传统的模拟控

12、制和经典控制理论在高频状态下已经逐步失去用武之地，而数字控制特别是智能控制策略的应用则可以大大提高开关电源的性能指标。（）控制灵活，便于系统升级。数字控制是以控制程序为核心的，因此只要修改控制程序或改变控制策略就能以不变应万变，对不同的控制对象均能得到良好的控制性能。针对一般单芯片控制器无法产生足够高频率和极低误差的输出以及无法在一个单独的周期内完成整个控制流程的缺陷，王跃林采用型号的对电源实现数字控制以进行弥补。谢秀镯通过对内部的全比较单元进行编程设置来产生所需的数字化移相脉冲信号，经过隔离以后作为驱动功率开关管的信号【。还有硕士论文基于的高频开关电源设计与实现一些研究人员在设计中使用高速芯

13、片和复杂逻辑门器件相互配合或者采用在外部逻辑门电路中设置一系列处理环节将输出的路信号进行处理等方法来实现移相脉冲信号的最终产生。当前，数字信号处理芯片的性价比已经得到了很大的提高，从而为电源的设计提供了一个可以选择的优质方案。的应用不仅提高了电源系统的集成化程度，而且使得先进的智能控制方法能够实现【】。）控制算法的应用现状传统的开关电源是采用模拟技术进行控制的，随着时代的发展，数字控制逐渐取代了模拟控制，在高频开关电源中的应用越来越广泛。顺应这一潮流，技术人员纷纷开发高性能的智能电源，并在一些领域获得了初步的应用。在开关变换器的众多控制策略中，模糊控制策略以其良好的性能受到越来越多的重视。目前

14、，人们对电源的各方面性能有着越来越高的要求，引起人们最多关注的是输出电压的超调与恢复时间。在开关电源硬件设备和开关频率固定不变的前提下，输出电压将随着控制策略的改变而改变。当前在开关电源的控制中被广泛使用的算法是算法，使用这种算法有一个前提，就是控制对象必须有一个精确的数学模型，但事实上不可能得到电源的精确模型，所以人们只是对其进行了近似处理，这种处理势必导致开关电源的性能在大多数情况下并不能达到最优【】。高频开关电源研究现状小结通过前面的介绍可知，当前对高频开关电源的研究主要集中在减小体积、提高频率、数字化、高可靠性以及降噪等方面。开关电源的发展是与人们对半导体器件以及磁性元件等的研究探索相

15、辅相成的，开关电源的发展刺激了相关元件的发展，而相关元件的不断发展又反过来为开关电源的发展提供了强大支持。只有不断提高功率器件以及高频电磁元件的性能，才能为高频开关电源的发展提供源源不断的动力。设计方法与论文思路设计方法论文的主要任务是设计一款输入电压为交流，输出电压分别为、，输出功率为，开关频率为的基于控制的高频开关电源。对开关电源输入端滤波器、有源功率因数校正技术、移相全桥变换器的设计作重点阐述并使用或等仿真软件对这些环节进行仿真分析。驱动功率管的脉冲信号通过编程来实现并选择模糊自适应控制算法对采样信号气绪论硕士论文进行运算处理。对高频变压器的设计过程作详细论述并对高频变压器的绕组损耗进行

16、详细的分析仿真，最后对提高高频开关电源电磁兼容性的方法作分析仿真并进行高频开关电源的实际制作。论文思路论文整体思路和安排如下：第一章是绪论。说明选题的背景和意义，简要介绍高频开关电源的研究现状，主要是高频开关电源主电路拓扑结构和数字控制的研究现状。第二章是高频开关电源总体设计方案。提出总体设计方案，说明芯片在本系统中的应用，在此基础上选择合适的元器件，并进行原理图设计。最后给出拟设计高频开关电源的技术参数。第三章是高频开关电源主电路与控制系统的设计仿真。分别对输入端电路、功率因数校正电路以及变换电路进行设计与仿真。然后进行控制系统程序设计与调试，给出主要的软件流程。第四章是高频变压器设计与仿真

17、。对高频变压器设计过程进行说明并对高频变压器绕组损耗与工作波形进行仿真分析，然后进行变压器的实际制作。第五章是高频开关电源总体仿真与硬件制作。首先对其进行总体仿真以证明设计的可行性，然后基于有限元法对提高开关电源电磁兼容性的方法作分析和仿真并以此为基础进行高频开关电源设计以及具体的硬件制作。第六章是总结与展望。总结论文的主要工作，指出论文的不足之处并提出下一步可以完善的地方，对以后的工作做展望。硕士论文基于的高频开关电源设计与实现高频开关电源总体设计方案总体设计方案在整个高频开关电源系统的设计中处于首要地位，高频开关电源各个部分如主电路、控制电路的设计均要在总体设计方案的基础上进行。因此，如何

18、根据开关电源的技术指标提出合理的设计方案，并使系统各个部分协同工作，是高频开关电源设计中需要首先考虑的问题。高频开关电源总体设计方案输入滤波整流驱动器换器驱动器辅助电源控制单元采样平滑滤波衅磊翮！型图高频开关电源总体结构图根据设计要求并结合相关原理，拟设计的高频开关电源结构如图所示，主要包括滤波器、整流器、电路、变换器、辅助电源、控制单元以及驱动器等几个部分。这些环节相互配合共同构成一个完整的高频开关电源系统，输入的交流电压经过这些环节的处理和变换后最终输出三路直流电压。高频开关电源主电路拓扑结构选择功率因数校正电路拓扑结构选择功率因数校正技术大致可以分为无源和有源两种，无源校正技术由于使用了

19、滤波电感和电容，导致电源尺寸大、重量大、电路笨重，且难以得到更高的功率因数，在实际应用中大都使用有源功率因数校正技术【】。图为有源功率因数校正电路的基本结构：在输入电压的整流部分与滤波部分之司入一个变换器，选择合适的控制方式就可以使输入电流波形变化规律与输入电压波形变化规律相一致，从而达到提高电路功率因数的目的。高频开关电源总体设计方案硕士论文图有源功率因数校正基本电路两种功率因数校正方法的比较如表所示：表方案性能比较常见的变换器主要有降压式（）、升压式（）、反激式（）以及升降压式（）等。图降压式（）电路图反激式（）电路（）降压式电路如图所示，由于功率开关管承受的电压应力较大，滤波电路体积较大

20、，而且噪声大，并且控制驱动电平是浮动的，所以现在很少使用。（）反激式电路如图，反激式电路结构适合用于功率较小的情况，输出电压与输入电压不仅是隔离的而且输出电压的大小不受限制。硕士论文基于的高频开关电源设计与实现丰一年牛图升降压（）电路图升压式（）电路（）升降压式电路如图，这种电路类型不但结构复杂而且设计困难，所以也很少使用。（）升压式电路结构如图，由于是电流型控制，所以电感电流是连续的，储能电感也可用作滤波电感。由于电路有升压的作用，所以对输入电压范围要求不高，这就提高了电源的适应性。几种变换器的比较如表所示：表几种变换器的比较由于升压电路能为它后面的变换电路正常工作提供所需要的稳定直流电压，

21、这也是整个开关电源系统正常工作的前提，且升压电路非常适合在大功率场合中应用，所以在开关电源设计中受到了人们广泛的青睐，因此本设计采用这种电路形式。变换器拓扑结构选择变换器在高频开关电源的各个环节中处于中心地位，其电路结构对电源性能有较大的影响，从整体上看可将其电路结构分为非隔离型和隔离型两大类型，一些非隔离开关变换器在节已有所介绍，这里不再赘述。隔离式开关变换器中，输入电源与输出负载之间并没有直接相连，而是通过变压器等磁性元件中产生的磁通来相互耦合的。常见的隔离式开关变换器电路结构分别如图所示，这几种类型变换器的性能比较如表所示。图单端反激式开关电源原理图图单端正激式开关电源原理图高频开关电源

22、总体设计方案硕士论文一二一嘴一，二一，图推挽型变换器原理图图半桥型变换器原理图一，：图全桥型变换器原理图表几种隔离式开关变换器拓扑比较开关电路拓扑功率范围输入电压优点缺点单端反激单端正激推挽半桥全桥（）（）电路简单、成本低、可靠变压器单向励磁、性高、驱动电路简单利用率低（）（）电路简单、成本低、可靠变压器单向励磁、性高、驱动电路简单利用率低（）变压器双向励磁、驱动电有偏磁问题路简单（）（）变压器双向励磁、开关少、直流问题、可靠性成本低、无偏磁问题低、驱动电路复杂（）（）变压器双向励磁、容易达结构复杂、成本到大功率高、驱动电路复杂选择变换器拓扑结构时需要重点考虑的因素有设计中的成本以及系统参数要

23、求等方面。本次设计的开关电源输出功率为，输出功率较大，所以可以选择全桥型电路作为变换器的结构，设计的原理图如图所示：州置们阻伊百硕士论文基于的高频开关电源设计与实现嚣镢二。堕一三鱼五】图全桥型变换器原理图输出整流滤波电路结构选择：一般情况下设计中经常使用的输出整流电路的结构分别如图、所示，其特点如表所示。图半波整流电路结构卜卜、图全波整流电路结构图一一一一图全桥整流电路结构图表整流电路结构比较高频开关电源总体设计方案硕士论文在本论文中，采用了倍流整流电路对原有电路进行改进，其结构如图所示。两个电路的作用是等效的，以图（）中的电路结构为例对其工作过程进行分析。在一个周期中，倍流整流电路共有四个工

24、作状态，现分别说明如下：状态：当变压器副边绕组电压极性为上正下负时，二极管正向偏置导通，而反向截止。此时一方面电感的电流通过二极管和输出电容、负载续流，另一方面，变压器副边电压通过二极管和输出电容、负载以后加在电感上，因此电感上的电压为变压器副边电压与输出电压之差。流经变压器副边的电流等于电感中的电流，而输出电流等于电感与中的电流之和。状态：当变压器副边电压为零时，由于两个电感和中均有电流，此时二极管和均正向偏置导通，电感中的电流经二极管和输出电容、负载续流，而电感中的电流通过二极管和输出电容、负载续流。此时变压器副边电流为零，而输出电流依然等于电感和中的电流之和。状态：当变压器副边绕组电压极

25、性为上负下正时，二极管正向偏置导通，而反向截止。此时一方面电感的电流通过二极管和输出电容、负载续流，另一方面，变压器副边电压通过二极管和输出电容、负载以后加在电感上，因此电感上的电压为变压器副边电压与输出电压之差。流经变压器副边的电流等于电感中的电流，而输出电流等于电感与中的电流之和。状态：该状态的情况与状态时相同，因此不再详细说明。通过以上分析可以看出，在使用倍流整流电路时，变压器副边的平均电流仅为输出负载电流的一半。负载电流的一半流经其中一个电感和变压器副边绕组，另一半则通过剩下的一个电感且不经过变压器副边绕组。倍流整流电路把全波整流和桥式整流的优点集于一身，显示了无比的优越性。突出的优点

26、是大大简化了高频变压器的设计难度，因为在应用倍流整流电路的时候变压器副边绕组不需要设计中心抽头。此外，在实际应用时电感绕组的导线可以选取的细一点，这样可以使电感的体积更小。（）土；、图倍流整流电路结构图硕士论文基于的高频开关电源设计与实现数字控制的芯片选择与电路设计芯片的选择在高频开关电源中，芯片的主要作用是完成电压电流信号的采样计算以及变换处理、波形的生成与输出等。；兰兰墨！量兰兰：；！墨墨！量；蕞譬！童！：一翳烈鳃；燃燃燃辫燃霭；磺×、，、）一一（归一陵；一）（）（、“）【；）图引脚结构图自从公司推出型号的以来，它在很多场合都得到了广泛的应用，是很多设计人员都十分熟悉的芯片，而将

27、其应用于开关电源的控制中是近年来的大势所趋。由于其具有片内，因此适合于数据处理繁重的测控场合。的外围模块与、存储器之间的数据交换是通过总线的方式来进行的，也就是说它的架构是基于传统的哈佛结构而设计的。因此取指令、读数据和解数据操作可以在一个周期内同时进行，大大提高了效率。引脚结构图如生酽羔蠕攀瑞瓣黜燃一竖瓣溉鬣勰溅一 高频开关电源总体设计方案硕士论文高频开关电源技术参数功率因数校正电路的技术参数输入电压：¨。±（一）。输入频率：。输出电压：。输出功率：埘。开关频率：只。变换器的技术参数输入电压：直流（±）。输出电压分别为、，上下浮动范围在以内。输出功率：三个输出回

28、路功率均为，即总输出功率为。开关频率：只。小结在这一章中，根据需要的技术指标提出了高频开关电源总体设计方案。首先分析了有源功率因数校正电路的基本原理并对其常用的拓扑结构进行比较，选择电路作为其主电路。然后对变换电路常用的拓扑结构进行了说明，经过比较选择全桥型电路作为其主电路的结构。最后对传统的输出整流滤波电路拓扑结构进行分析比较，为了改善电路性能，采用了倍流整流电路作为输出整流滤波电路。然后对数字控制电路中芯片型号以及采样传感器进行选择，由于生产的型号的具有优良的性能，非常适合用于电力电子以及开关电源的控制，因此选择该款芯片作为系统主控芯片。选择霍尔传感器对电路中电压电流进行采样，在此基础上，

29、分别对芯片以及霍尔传感器的供电电源电路进行设计。考虑到控制电路与开关电源主电路需要进行隔离这一现实情况，选择带脉冲变压器隔离的驱动器来达到这一目的。最后，给出了高频开关电源的技术参数。硕士论文基于的高频开关电源设计与实现高频开关电源主电路与控制系统的设计仿真如何设计输入端滤波器来提高电源对干扰的抵抗能力、如何设计功率因数校正电路以提高开关电源的功率因数以及如何让电路输出平稳的电压，是人们在设计高频开关电源的过程中无法回避的问题。控制算法的选择是高频开关电源程序设计的重要组成部分，合理的控制算法对于提高电源的输出性能会起到积极的作用。开关电源输入端脚滤波器设计与仿真在某些情况下，需要将开关电源与

30、交流电网相连，这时，由于开关电源中整流电路的存在，输入电流在其作用下一般会出现不连续的现象，这样就给电网带来了大量的高次谐波。此外，由于高频开关电源的开关频率很高，电源中的功率开关管在高频下的快速开通和关断会在电路中形成很强的电磁干扰源，电压和电流的快速变化会在功率器件中造成强度很大的干扰【】【。所以，如何减少开关电源产生的噪声，使开关电源在任何场合的应用中尽量不对电网造成干扰，同时避免电网对开关电源造成干扰，是开关电源设计中不可避免的问题，而解决这一问题的有效方法就是在开关电源输入端加入滤波器【】。如图所示，开关电源一方面受到来自电网中的共模干扰以及差模干扰等的影响，另一方面，开关电源本身又

31、不断地对与之相连的电网造成一系列干扰，诸如返回噪声、输出噪声以及辐射干扰等】【】【。开关电源滤波器的作用就是一方面要尽可能地减少外界电网对开关电源所造成的各种干扰，从而使开关电源在各种不同的外界环境中均能不受影响而正常工作，另一方面尽量降低开关电源自身所产生的噪声和谐波，从而避免对外界电网和其他设备造成影响。图开关电源噪声类型图传统滤波器结构与分析一般情况下，人们使用最广泛的滤波器是由共模电容。、差模电容以及共模扼流圈构成的【】，如图所示。把一个磁环分为上下两部分，在两高频开关电源主电路与控制系统的设计仿真硕士论文部分上分别绕制一个线圈，并使它们的匝数相同但绕制方向相反，就构成了一个共模扼流圈

32、。当把共模扼流圈与电路相连后，由于两个线圈中流过的电流大小相同，但它们的绕制方向不同，这样两个线圈中的磁通就互相抵消，磁环不会饱和且两个线圈的电感值始终保持不变。通过上面的原理叙述可以知道共模扼流圈对电路中的共模干扰会有一种天然的抑制能力，而当出现差模干扰时情况刚好相反，所以对差模干扰几乎不起作用。使用合适的磁芯来绕制共模扼流圈可以提高共模扼流圈对共模噪声的抑制能力。一般情况下差模电容，的值在之间，以金属膜电容的性能为最好。而共模电容。由于接地的原因，会产生危害人体安全的漏电流，受到此限制，共模电容的值一般不能取的太大，在之间即可，可以选用陶瓷电容，因为该种电容的自谐振频率较高【。图传统结构的

33、滤波电路改进后的脚滤波器结构在传统的滤波器中，与电容器相连的引线电感或电极产生的等效串联电感不仅严重影响了其在高频下的性能，而且导致了其谐振频率以及旁通效应的降低。而如果在电容器两端分别加入一个电感，形成一个型结构，则可以有效改善此缺陷。在共模电容，两侧分别加入一个电感后的滤波器如图所示。、刖图加入电感后的改进滤波电路与传统结构的滤波电路相比，改进后的结构中由电容器流入地的电流与信号线中电流方向正交，所以其寄生电感较小，并且大部分的寄生电感转移到信号线上，因此其插入损耗特性优于传统结构的滤波器。硕士论文基于的高频开关电源设计与实现两种脚滤波器的比较与仿真分析由于许多寄生参数都会对滤波器的性能造

34、成影响，要想精确地计算传导干扰是几乎不可能的，这就使滤波器设计的难度增大。而通过计算机仿真的方法则可以大大简化滤波器的设计过程，缩短开发周期，并可以对滤波器的性能进行直观的比较分析【】【。在模拟电子电路的仿真设计中有着广泛的应用，因此本文用软件对滤波器进行仿真，比较一般结构滤波器与改进的滤波器的相关性能，并分析滤波器的性能随着电感和电容等参数的变化有着怎样的变化趋势。改进后的滤波器与一般结构滤波器性能比较两种滤波器中差模电容，值都设为，共模电容、，值都为，共模电感值都设为，改进的滤波器中电感取。设置两个电路的输入阻抗和输出阻抗都为欧，搭建的仿真模型分别如图和图所示。观察设计的滤波器效果的好坏主

35、要是看其插入损耗的大小，即插入滤波器前后由噪声源传到负载的功率之比，所以仿真中主要对滤波器的插入损耗进行观察。门飘料卜：图一般结构的电路仿真模型图改进后的电路仿真模型仿真结果如图所示，曲线与曲线分别为改进后的电路和一般结构电路的插入损耗。从图中可以看出，在加入电感后，除谐振点处两种电路的插入损耗大致相等以外，在其他频率点从插入损耗的效果来看改进后的滤波器明显好于一般结构的滤波器，这种情况在频率较高时更为明显，具体结果如表所示。高频开关电源主电路与控制系统的设计仿真硕士论文，一、一“一一一兰，一一，一二二：一。图改进后的滤波电路与一般结构的滤波电路插入损耗仿真结果表改进后的滤波器与一般结构的滤波

36、器性能比较通过对两种滤波器的比较可以看出，改进后的滤波器插入损耗效果要远远优于一般结构的滤波器，也就是说经过改进后的滤波器性能得到提高，达到了预期目标。参数变化对滤波器性能影响的仿真分析为了进一步对滤波器性能进行分析，在上述分析的基础上，重点研究随着电容、电感等参数变化，滤波器的性能有什么变化趋势。（）观察滤波器性能随共模电容，的变化趋势对改进后的电路作仿真，在其他参数保持不变的条件下让，的值分别为、和，观察滤波器插入损耗的变化情况。仿真结果如图所示，曲线、曲线和曲线分别是、和时的插入损耗，滤波器性能随共模电容，的变化如表所示。，歹所，夕：！一一铲，￥二。肛？图不同值时的插入损耗硕士论文基于的

37、高频开关电源设计与实现表不同值时的性能比较从表中可以看出，随着电容。的不断增大，滤波器的谐振频率点呈下降趋势，谐振频率点以后的插入损耗不断增大。所以，如果想要提高滤波器在高频段时的性能，增大共模电容，的值是个不错的选择，但考虑到漏电流的限制，共模电容不能无限制的增大。（）观察滤波器性能随电感的变化趋势设置，为，电感厶值分别为、。仿真结果如图所示，曲线、曲线、曲线分别是、时滤波器的插入损耗，滤波器性能随电感厶的变化如表所示。，夕夕，。，。一口，（彳。，一：参雩。；：图不同值时的插入损耗表不同值时的性能比较从表中可以看出，滤波器谐振频率点随着电感厶值的不断增大而降低且在其前后的插入损耗均不断增大，因此若要提高滤波器的滤波效果，也可以适当增大电感厶的值。（）观察滤波器性能随差模电容的变化趋势将电感厶值取为，值取为，而。分别取值、。仿真