一种基于振铃电流时频域特征的二极管寄生参数提取方法技术

一种基于振铃电流时频域特征的二极管寄生参数提取方法，包括构建开关电源电路，获取二极管在开关信号作用下的振铃电流；建立振铃电流的时域表现数学模型和频域表现数学模型，获取时域表现数学模型和频域表现数学模型的参数与二极管的寄生电阻、寄生电容和寄生电感的关系；根据振铃电流的时域表现数学模型及实际电路中的时域测试结果，计算获得二极管的寄生电阻；基于振铃电流的频域表现数学模型及实际电路中的频域测试结果，对频域表现数学模型进行参数拟合，并结合寄生电阻，计算获得二极管的寄生电容和电感等步骤，该方法能够克服现有二极管寄生参数提取方法中测试仪器昂贵、测试步骤繁琐等不足，实现降低成本，快捷且精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于振铃电流时频域特征的二极管寄生参数提取方法
本专利技术涉及电磁发射信号的时域、频域测试以及数据处理，属于电磁兼容性
，具体涉及一种基于振铃电流时频域特征的二极管寄生参数提取方法。
技术介绍
在分析系统级电磁兼容性时，设备的电磁发射模型不可缺少。而一个设备的电磁发射是其固有属性，与其内部、参数和工作状态等相关。对除了电路本身的设计者以外的人，特别是电路的使用者，无法直接获得电路的内部参数。因此，当这些人员对设备的电磁发射进行建模时，需要对设备组成电路的内部参数，特别是寄生参数进行提取。在对开关电源的干扰机理研究过程中，二极管的反向恢复电流是开关电源中的重要差模干扰来源。对于二极管寄生参数的提取对研究开关电源的电磁发射特性很有必要。因此，对于如何提取二极管的寄生电阻、电容和电感与电阻，成为十分有必要的研究课题。在现有二极管寄生参数提取的方法中，经常使用的是RLC分析仪进行测试，但由于该种测试方法有着相对高的成本和复杂的测试步骤，使得难以满足大多数情况下的测试需求。如何低成本、快捷且满足精度要求的提取出二极管寄生参数，成为了一项很有意义的研究内容。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于振铃电流时频域特征的二极管寄生参数提取方法，通过该方法能够克服现有二极管寄生参数提取方法中测试仪器昂贵、测试步骤繁琐等不足，基于开关电源电路对二极管振铃电流时域和频域特性进行测试，并对频域模型进行参数拟合，提出一种二极管寄生参数的提取方法。本专利技术提供了一种基于振铃电流时频域特征的二极管寄生参数提取方法，包括如下步骤：(1)构建开关电源电路，获取二极管在所述开关电源电路的开关信号PWM作用下的振铃电流；(2)建立所述振铃电流的时域表现数学模型和频域表现数学模型，获取所述时域表现数学模型和频域表现数学模型的参数与所述二极管的寄生电阻R、寄生电容C和寄生电感L的关系；(3)根据所述振铃电流的时域表现数学模型以及实际电路中的时域测试结果，计算获得所述二极管的寄生电阻R；(4)基于所述振铃电流的频域表现数学模型以及实际电路中的频域测试结果，对所述频域表现数学模型进行参数拟合，并结合所述二极管的寄生电阻R计算获得所述二极管的寄生电容C和寄生电感L。其中，所述步骤(2)的具体步骤为：设寄生电容C两端的电压为u(t)，经过寄生电感L的电流为i(t)，则寄生电感L两端的电压为Ldi(t)/dt，流过寄生电阻R的电流为u(t)/R，流过寄生电容C的电流为Cdu(t)/dt，获得关于电流的二阶线性微分方程：求解所述微分方程，获取所述振铃电流的时域表现数学模型为：i(t)＝α1cos(ω0t)e-βt+α2sin(ω0t)e-βt-VDC/R式中：α1、α2为待定系数，与二极管的初始工作状态有关，VDC为末端输出电压，β为所述振铃电流的衰减指数，ω0为所述振铃电流的谐振中心角频率，t为时间；且有：β＝1/(2RC)所述振铃电流的时域表现数学模型中的直流项-VDC/R为所述二极管振铃电流在一个开关周期内的稳态值，记为：ISteady＝-VDC/R对所述振铃电流的时域表现数学模型进行傅立叶变换，获取所述振铃电流的频域表现数学模型如下：式中：α1、α2为待定系数，与二极管的初始工作状态有关；β为所述振铃电流的衰减指数，ω0为所述振铃电流的谐振中心角频率，ω为角频率，取值范围一般为0～109，j为虚数单位。其中，所述步骤(3)的具体步骤为：利用时域测试技术，测试获得所述振铃电流在一个开关周期内的稳态值ISteady和末端电压VDC，利用公式R＝-VDC/ISteady计算获得所述二极管的寄生电阻R。其中，所述步骤(4)的具体步骤为：(4-1)利用频域测试技术，测试获得所述振铃电流的电磁发射频谱数据；(4-2)对所述振铃电流的频域表现数学模型的参数进行参数拟合，获得参数拟合结果，求得β和ω0；(4-3)基于所述电磁发射频谱数据和所述二极管的寄生电阻R，利用以下公式计算获得所述二极管的寄生电容C和寄生电感L：C＝1/(2βR)进一步地，所述步骤(4-2)的具体步骤为：考虑所述振铃电流的周期性，对所述振铃电流进行周期延拓；已知原始信号与经周期延拓信号的频谱关系式：IT(ω)＝ωC∑Io(nωC)δ(ω-nωC)式中：IT(ω)为周期延拓信号的频谱；ω为角频率，取值范围一般为0～109；ωC为与延拓周期对应的角频率；Io为原始信号的频谱；n为求和序数，取值为整数；δ为频域单位脉冲函数。根据所述振铃电流的频域表现数学模型和所述原始信号与经周期延拓信号的频谱关系式，获取所述振铃电流周期频谱模型表达式如下：其对数形式为：通过对所述振铃电流周期频谱模型中的参数依次遍历拟合，获取测试数据与所述振铃电流仿真频谱模型中的参数间最小误差的模型组合参数，求得β和ω0。优选地，所述开关信号PWM的占空比为50％。本专利技术方法的优点在于：(1)测试整体过程成本低，无需使用专用的阻抗测试类仪器，仅需使用示波器和频谱仪等常见电磁兼容性测试仪器，具有实用性和可推广性；(2)测试步骤简单，仅需进行两次时域测试和一次频域测试；而且数据处理过程易于编程实现，可编写为专用软件，读入时域和频域数据后，可直接输出提取结果，适用于对大批量、多类型二极管寄生参数的提取；(3)测试精度高，满足工程和科研应用需求：通过设置开关信号PWM的占空比为50％，在后续数据处理时，消除了开关信号PWM对振铃电流的干扰影响，提高了本方法的实用性和精确性；充分利用了振铃衰减指数β和谐振中心角频率ω0等频谱数据的信息，并通过对测试数据与频域表现数学模型进行参数拟合，获得测试数据与模型参数间最小误差的模型组合参数，实现对测试数据中系统误差和人为读取误差的消除，提高了本方法的精确性和一致性；(4)对于二极管振铃电流电磁发射的机理分析明确，整个测试过程可用于对二极管电磁发射的分析，以及辅助进行电磁兼容性整改措施的设计。附图说明图1为分析步骤流程图；图2为二极管寄生参数等效模型及状态转换图：(a)等效模型(b)导通状态(c)截止状态；图3为典型开关电源分析电路；图4为二极管振铃电流时频特性测试图；图5为二极管振铃电流电磁发射频谱测试数据及模型参数拟合结果。具体实施方式下面详细说明本专利技术的具体实施，有必要在此指出的是，以下实施只是用于本专利技术的进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本
技术实现思路
对本专利技术做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本专利技术的保护范围。二极管振铃电流形成机理分析：常用的二极管，由于寄生电感、电阻、电容等寄生参数的存在，使得二极管在工作的工作状态与理想二极管存在差异，在由导通向截止状态转化过程中产生振铃电流。二极管典型的寄生模型如图2所示，图中L为二极管的寄生电感，C为二极管的寄生电容，R为二极管的寄生电阻，D为理想二极管，并且具备理想通断的作用。寄生电感、电阻、电容等参数的存在，使得二极管在由正向导通向状态截止状态转换过程中，电流无法迅速截止，而是形成振铃形式的反向恢复电流，通过寄生电阻R和寄生电容C形成的回路逐渐消耗。振铃电流的时域表现数学模型：在如图2(b)和(c)所示状态转换过程中，令电容两端的电压为u(t)，经过电感的电流为i(t)，则电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于振铃电流时频域特征的二极管寄生参数提取方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)构建开关电源电路，获取二极管在所述开关电源电路的开关信号PWM作用下的振铃电流；(2)建立所述振铃电流的时域表现数学模型和频域表现数学模型，获取所述时域表现数学模型和频域表现数学模型的参数与所述二极管的寄生电阻R、寄生电容C和寄生电感L的关系；(3)根据所述振铃电流的时域表现数学模型以及实际电路中的时域测试结果，计算获得所述二极管的寄生电阻R；(4)基于所述振铃电流的频域表现数学模型以及实际电路中的频域测试结果，对所述频域表现数学模型进行参数拟合，并结合所述二极管的寄生电阻R计算获得所述二极管的寄生电容C和寄生电感L。

【技术特征摘要】
1.一种基于振铃电流时频域特征的二极管寄生参数提取方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)构建开关电源电路，获取二极管在所述开关电源电路的开关信号PWM作用下的振铃电流；(2)建立所述振铃电流的时域表现数学模型和频域表现数学模型，获取所述时域表现数学模型和频域表现数学模型的参数与所述二极管的寄生电阻R、寄生电容C和寄生电感L的关系；(3)根据所述振铃电流的时域表现数学模型以及实际电路中的时域测试结果，计算获得所述二极管的寄生电阻R；(4)基于所述振铃电流的频域表现数学模型以及实际电路中的频域测试结果，对所述频域表现数学模型进行参数拟合，并结合所述二极管的寄生电阻R计算获得所述二极管的寄生电容C和寄生电感L。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)的具体步骤为：设寄生电容C两端的电压为u(t)，经过寄生电感L的电流为i(t)，则寄生电感L两端的电压为Ldi(t)/dt，流过寄生电阻R的电流为u(t)/R，流过寄生电容C的电流为Cdu(t)/dt，获得关于电流的二阶线性微分方程：求解所述微分方程，获取所述振铃电流的时域表现数学模型为：i(t)＝α1cos(ω0t)e-βt+α2sin(ω0t)e-βt-VDC/R式中：α1、α2为待定系数，与二极管的初始工作状态有关，VDC为末端输出电压，β为所述振铃电流的衰减指数，ω0为所述振铃电流的谐振中心角频率，t为时间；且有：β＝1/(2RC)所述振铃电流的时域表现数学模型中的直流项-VDC/R为所述二极管振铃电流在一个开关周期内的稳态值，记为：ISteady＝-VDC/R对所述振铃电流的时域表现数学模型进行傅立叶变换，获取所述振铃电流的频域表现数学模型如下：式中：α1、α2为待定系数，与二极管的初始工作状态有关；β为所述振铃电流的衰减指数，ω0为所述振铃电流的谐振中心角频率，ω为角频率，取值范围一般为0～109，j为虚数单位。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏东林，徐辉，朱凯翔，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11