DC/DC变换器中的嵌入式EMI滤波器研究

EMI滤波器的使用正在成为阻碍电力电子系统功率密度提高的重要因素。本研究从磁电集成的观点出发，提出变换器中功率耦合电感与EMI滤波器一体化设计思想：采用集成的方式缩短元件间的互联、应用磁路的观点来保证集成单元实现功率耦合电感的性能、采用耦合有损传输线滤波器实现中、高频EMI滤波器功能，利用传输线型变压器来实现EMI滤波器的端口阻抗匹配；同时辅以共模电容补偿技术，让采用一体化设计的变换器满足EMC指标。本项目中有关磁电集成结构及其优化研究、拆分绕组的优化函数模型研究、铁氧体磁芯中耦合有损传输线模型研究、传输线型变压器的阻抗变换性能研究、共模电容匹配研究以及基板埋容技术研究都将为磁电集成提供理论指导，为电力电子集成领域开拓新的方向。

随着电源模块开关频率的不断提高，且模块间互联的方式日趋复杂，电磁干扰问题成为制约变换器整体功率密度提高的关键因素。本研究通过对对称式Boost变换器的功率耦合电感的集成设计，降低了变换器的EMI噪声；通过在功率耦合电感的磁芯中添加平衡绕组的方式，对变换器的共模噪声源阻抗做出调整，优化了EMI滤波器的性能；通过在EMI滤波器中添加平衡绕组、改变平衡阻抗的方式，优化EMI滤波器性能；通过调整变换器的对称度及三电感耦合支路辅助滤波器的设计，最终实现EMI滤波器与耦合功率电感的一体化，使得系统在降低成本的同时，能达到与外接滤波器相近的性能；并且针对当前复杂的分布式电源系统，采用混沌阻抗调制的方法，使得各个模块的在电源总线上的噪声发生相位上的改变，从而相互抵消，进一步降低了系统的噪声水平。.本项目取得的成果和创新如下.（1）对称式Boost变换器的功率耦合电感的集成设计及理论分析。.（2）功率电感中平衡绕组的引入，改变了噪声源阻抗的大小，扩大了噪声源端的阻抗失陪，使得EMI滤波器发挥最大效用。.（3）通过给EMI滤波器中添加控制端口，使得EMI滤波器的插入损耗随着不同平衡阻抗的添加体现不同的特性。.（4）EMI滤波器与耦合功率电感的一体化设计，大大提高了变换器的功率密度和性能。.（5）磁性材料非线性工况下，电路与磁路的快速混合仿真方法，以及非线性磁损耗计算方法。.（6）高电压下采用功率电感等效串联电阻进行无损电流检测的方法。.本研究取得的成果稍加推演，即可应用于各对称式变换器当中，这位本项目在实际的工业生产中的推广，具有非常重要的应用价值。