通過改變電源開關(guān)頻率來降低EMI干擾

你是否曾有過這樣的經(jīng)歷？在測試EMI時不管采用何種濾波方式仍有少許超標的情況。本文介紹的技術(shù)將有助于你通過EMI測試，或簡化你的濾波器設(shè)計。該技術(shù)通過調(diào)制電源開關(guān)頻率引入邊帶能量，并將信號輻射特征從窄帶噪聲變?yōu)閷拵г肼暎瑥亩行У厮p諧波峰值。需要注意的是，總的EMI能量并沒有減少，只是得到了重新分布。

在正弦波調(diào)制情況下，有兩個變量可以控制，即調(diào)制頻率(fm)和電源開關(guān)頻率的變化幅度(Δf)。調(diào)制指數(shù)(B)就是這兩個變量的比值，即：

Β=Δf/fm

圖1給出了采用正弦波調(diào)制技術(shù)的情況下改變調(diào)制指數(shù)帶來的影響。當B=0時，沒有頻率偏移，只有一根譜線。當B=1時，信號的頻率特征開始展寬，中心頻率分量下降了20%。當B=2時，頻率特征展得更寬，最大頻率分量是B=0時的60%。我們可以用頻率調(diào)制理論來量化這個頻譜中的能量。卡森定律指出，在2*(Δf+fm)帶寬內(nèi)包含了絕大部分能量。

圖1：調(diào)制電源開關(guān)頻率可展寬EMI特征

圖2顯示了更大的調(diào)制指數(shù)，從圖中可以看出峰值EMI可降低12dB以上。

圖2：更大的調(diào)制指數(shù)可以進一步降低峰值EMI

選擇調(diào)制頻率和頻率偏移非常重要。首先，調(diào)制頻率應(yīng)高于EMI接收機帶寬，以便接收機不會同時測量到兩側(cè)的邊帶。不過如果頻率太高，電源控制環(huán)路可能無法充分抑制電壓變化，從而導致輸出電壓以同樣的速率變化。另外，調(diào)制可能在電源中產(chǎn)生可聞噪聲。因此典型的做法是調(diào)制頻率不要超出接收機帶寬太多，但要在可聞頻率范圍以外。從圖2可以明顯看出，工作頻率的高度變化更加可取。然而需要注意的是，這將對電源設(shè)計造成影響，也即需要針對最低工作頻率認真選擇磁性元件。由于在較低頻率下工作，因此輸出電容也需要處理更大的紋波電流。

圖3對采用頻率調(diào)制和未采用頻率調(diào)制這兩種情況下測得的EMI性能作了比較。這里的調(diào)制指數(shù)是4，正如預期的那樣，EMI在基頻基礎(chǔ)上降低了8dB左右。其它方面的效果也非常顯著。諧波被展寬到頻帶內(nèi)，并且展寬結(jié)果與諧波次數(shù)有關(guān)，比如三次諧波可以被展寬至基頻的3倍。展寬過程在更高的頻率下不斷重復，使得噪聲基底與固定頻率情況相比有了較大的提高。因此這種技術(shù)并不適合低噪聲系統(tǒng)，但許多系統(tǒng)可以從中受益，它不僅能增加設(shè)計余量，還能顯著降低EMI的濾波器成本。

圖3：改變電源開關(guān)頻率可降低基頻信號幅度，但會增加噪音基底