中国报告大厅网讯，随着半导体技术的快速发展以及电子系统复杂程度的不断提升，各类电子设备的电磁干扰问题愈发凸显，这对系统的稳定运行构成了严重威胁。在整机设备里，开关电源作为系统的一级输出部分，承担着电压变换、噪声隔离和电气保护等关键功能，其辐射干扰对系统整体性能的影响最为突出。若能在产品设计阶段同步开展开关电源的电磁辐射干扰设计工作，将大幅降低产品定型后出现电磁兼容性问题的概率，这已成为行业内的普遍共识。以下是2025年开关电源行业趋势分析。
近年来，电磁仿真技术凭借效率高、成本低和可视化等优势，在开关电源行业电磁干扰预测和电磁兼容性问题整改领域得到了广泛关注。不过，当前部分针对开关电源辐射干扰的仿真方法仍存在不足，比如电流环路不完整、模型精度误差大以及容易忽略寄生参数等问题，这些缺陷在一定程度上影响了仿真结果的准确性，难以充分满足实际工程应用对开关电源电磁兼容性评估的需求。
开关电源行业按输入电流类型可分为 AC/DC 和 DC/DC 两种，按输入输出是否共地又可分为隔离式和非隔离式。其中，隔离式 AC/DC 开关电源由于需要将交流电转换为直流电，且变压器绕组间存在较高的寄生参数，在相同工况下通常会产生更大的辐射 EMI 噪声，因此对其进行深入研究具有重要的实际工程意义。反激式 AC/DC 开关电源是常用的类型之一，主要由整流器、前后级滤波电路、开关管、控制器、变压器和反馈电路六部分组成。
该类型开关电源工作时，通过周期性调整开关管的工作频率和占空比实现稳定输出。当接入高压交流电后，整流器先将周期性变化的电流转化为单向脉动电，再经直流滤波器平滑电压波形，为控制电路提供稳定工作条件。一方面，控制电路发送高频信号驱动开关管通断，使整流后的直流电交变通过变压器初级，借助互感作用在变压器次级产生低压交流电，随后经储能整流电路转换为直流电;另一方面，控制电路通过反馈电路实时监控输出电压，一旦电压偏离设定值，便会调整开关管通断信号的脉宽，实现对输出电压的负反馈调节。
《2025-2030年中国开关电源行业市场深度研究与战略咨询分析报告》指出，开关电源正常工作时，会同时产生差模干扰和共模干扰，这两种干扰主要由晶体管关断、印制电路板线路串扰以及元器件间耦合引发。
差模干扰：主要因电流沿环路流动产生。例如，电流 IDM1 流经变压器 T1 的初级、开关管 D5 和输入滤波电容 C1，电流 IDM2 流经变压器次级、整流二极管 D6 和输出滤波电容 C2。此外，变压器次级线圈和控制电路组成的电流回路在系统启动时，也会产生较大的差模干扰。
共模干扰：主要由阻抗不连续和导体间存在变化的电压差导致，进而形成共模噪声电流环路。比如，共模电流 ICM1 通过开关管 D5 与电位跳变点、变压器一次侧对地分布电容 C7、电路外壳、LC 滤波电路及整流桥形成的噪声回路;共模电流 ICM2 通过变压器初级线圈耦合到次级线圈的寄生电容 C4、二极管 D6 及变压器二次侧对地分布电容 C8 形成的噪声回路。同时，晶体管散射片、金属固定柱等地对分布电容也会成为共模干扰的途径。
在开展开关电源辐射仿真前，准确求解电流环路各端口的激励源是关键，其准确性直接决定仿真结果的可靠性。为最大程度模拟电路真实工作情况，不仅要精确提取功率环路的相关参数，还不能忽略小信号支路的影响。
借助 Pspice 综合电路设计软件对反激式 AC/DC 开关电源进行电路级仿真，可求解出电路工作时各电流环路的激励电压。按照开关电源的实际电路结构建立仿真模型，并在各电流环路添加测试探针，设置 50ms 的瞬态分析，仿真完成后导出数据结果，后续将所有环路数据注入三维电路模型，构建全环路激励源模型。
AC/DC 开关电源模型由印制电路板、固定外壳和线缆三部分构成，需在 CST 微波工作室中逐步完成建模。首先将 PCB 文件导入软件，设置印制电路板材料的介电常数和叠层数等基本信息。由于部分默认元件模型与实际模型差异较大，需对这些器件重新建模，如电源变压器，其尺寸大小、线圈匝数和材质参数的偏差都会影响仿真结果。在印制板模型基础上，进一步完善模型细节，添加屏蔽罩、开口缝隙和安装螺钉等，减少仿真与实际模型间寄生参数的误差。
依据 GJB151B-2013 中对实验场地布局的说明，建立与实际一致的仿真环境。其中，探针 1 为 RE101 测试项中磁场天线的放置点，用于监测电源模块在 7cm 处的磁场辐射发射;探针 2 为 RE102 测试项中电场天线的放置点，用于监测电源模块在 1m 处的电场辐射发射。线缆采用屏蔽式双绞线，以降低电缆传导造成的干扰。
在运行场仿真前，需对仿真参数进行合理设置。将边界条件设为 open，求解频段与 RE101 和 RE102 项目的测试频段保持一致，调整网格划分类型和结果误差，将之前求得的各环路信号数据导入激励信号组，在求解器中配置电路的波端口，将激励类型设为用户自定义的连续模式，并实现各端口与激励信号组的匹配。
为验证仿真结果的准确性，按照 GJB151B-2013 标准开展实际测试。RE101 测试项中，磁场辐射 EMI 噪声频率范围为 25Hz~100kHz;RE102 测试项中，电场辐射 EMI 噪声频率范围为 10kHz~18GHz。考虑到开关电源的开关谐振噪声主要分布在几百千赫兹至十几兆赫兹，因此选取 10kHz~200MHz 作为测试频率，使用杆天线和双锥天线即可覆盖该频段。
测试时，完成仪器布局后开启暗室电源，将经过 LISN 后的纯净交流电接入待测开关电源模块，通过测量负载两端电压和电流确认电源模块正常工作后，在暗室外利用 EMI 接收机进行扫频，获取开关电源模块工作时的辐射数据，并与电磁模型的仿真数据进行整合对比。
RE101 项目(磁场辐射)：在 10Hz~100kHz 频段，实测结果与仿真结果在趋势上吻合度较高，且均未超过国军标限值曲线，这一现象与开关电源在低频段干扰噪声低以及功耗较小的特点相符。
RE102 项目(电场辐射)：在 1MHz~20MHz 频段，实测结果与仿真结果的趋势吻合程度同样较高，说明可通过仿真波形对实际测试结果进行预测和评估。不过，在 30kHz~1MHz、20MHz~200MHz 频段，两者存在一定差异，这会对 EMI 裕量的分析和判断产生影响。
造成偏差的主要原因包括：一是实际测试中开关电源后端接入功率负载，负载的金属外壳和线缆均存在 EMI 辐射和反射，而仿真中用激励端口替代，缺少实际模型;二是屏蔽壳体存在缝隙，与实物存在偏差，可能导致电磁波泄露;三是线缆、天线和半电波暗室并非理想设备和环境，测试时存在信号反射，同时探测天线无法达到仿真中无实际尺寸探针的无损接收性能。
在相同环境设置下，分别对全环路激励源模型和核心激励源模型进行仿真。结果显示，两者在磁场辐射干扰结果上相似度较高，但在电场辐射干扰方面存在较大差异。在 1MHz~20MHz 频段，全环路激励源模型的仿真结果能够呈现出某些带宽较窄的干扰尖峰，包含更多细节信息。
通过对两组仿真结果波形的边缘进行包络检测，并选取该频段内实测数据的几个辐射极大值点与仿真结果曲线对比发现，全环路激励源模型的仿真结果整体幅值较大，细节丰富，与实测数据的吻合度更高，更适用于开关电源的辐射发射预测工作。
本文围绕开关电源辐射干扰仿真方法展开研究，通过分析 AC/DC 开关电源的结构模型和辐射干扰原理，利用 Pspice 软件求解出电源中各环路的激励信号，在 CST 环境中依据 GJB151B-2013 标准的实验要求，建立了完整的测试环境和电源模型，对 RE101 和 RE102 辐射干扰项目进行仿真，并开展实际测试工作。
实验数据表明，采用的场路耦合求解方式具有较高准确性，仿真结果与实测结果在主要频段吻合度良好，其中全环路激励源模型相比核心激励源模型，在电场辐射干扰仿真中能提供更丰富的细节信息，与实测数据的匹配度更高，可有效应用于开关电源产品辐射干扰的噪声预测工作。未来，可进一步分析非电路结构和环境因素对开关电源辐射干扰仿真结果的影响，不断提升仿真结果的准确性，为开关电源电磁兼容性设计提供更有力的技术支撑。
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