電源設(shè)計小貼士8:通過改變電源頻率來降低EMI性能
出處:yefoliang 發(fā)布于:2010-08-13 11:09:31
在測定 EMI 性能時,您是否發(fā)現(xiàn)無論您采用何種方法濾波都依然會出現(xiàn)超出規(guī)范幾 dB 的問題呢?有一種方法或許可以幫助您達(dá)到 EMI 性能要求,或簡化您的濾波器設(shè)計。這種方法涉及了對電源開關(guān)頻率的調(diào)制,以引入邊帶能量,并改變窄帶噪聲到寬帶的發(fā)射特征,從而有效地衰減諧波峰值。需要注意的是,總體 EMI 性能并沒有降低,只是被重新分布了。
利用正弦調(diào)制,可控變量的兩個變量為調(diào)制頻率 (fm) 以及您改變電源開關(guān)頻率 (Δf) 的幅度。調(diào)制指數(shù) (Β) 為這兩個變量的比:
Β=Δf/ fm
圖 1 顯示了通過正弦波改變調(diào)制指數(shù)產(chǎn)生的影響。當(dāng) Β=0 時,沒有出現(xiàn)頻移,只有一條譜線。當(dāng) Β=1 時,頻率特征開始延伸,且中心頻率分量下降了 20%。當(dāng) Β=2 時,該特征將進一步延伸,且頻率分量為初始狀態(tài)的 60%。頻率調(diào)制理論可以用于量化該頻譜中能量的大小。Carson 法則表明大部分能量都將被包含在 2 * (Δf + fm) 帶寬中。

圖 1 調(diào)制電源開關(guān)頻率延伸了 EMI 特征
圖 2 顯示了更大的調(diào)制指數(shù),并表明降低 12dB 以上的峰值 EMI 性能是有可能的。

圖 2 更大的調(diào)制指數(shù)可以進一步降低峰值 EMI 性能
選取調(diào)制頻率和頻移是兩個很重要的方面。首先,調(diào)制頻率應(yīng)該高于 EMI 接收機帶寬,這樣接收機才不會同時對兩個邊帶進行測量。但是,如果您選取的頻率太高,那么電源控制環(huán)路可能無法完全控制這種變化,從而帶來相同速率下的輸出電壓變化。另外,這種調(diào)制還會引起電源中出現(xiàn)可聞噪聲。因此,我們選取的調(diào)制頻率一般不能高出接收機帶寬太多,但要大于可聞噪聲范圍。很顯然,從圖 2 我們可以看出,較大地改變工作頻率更為可取。然而,這樣會影響到電源設(shè)計,意識到這一點非常重要。也就是說,為工作頻率選擇磁性元件。此外,輸出電容還需要處理更低頻率運行帶來的更大的紋波電流。
圖 3 對有頻率調(diào)制和無頻率調(diào)制的 EMI 性能測量值進行了對比。此時的調(diào)制指數(shù)為 4,正如我們預(yù)料的那樣,基頻下 EMI 性能大約降低了 8dB。其他方面也很重要。諧波被抹入 (smear into) 同其編號相對應(yīng)的頻帶中,即第三諧波延展至基頻的三倍。這種情況會在一些較高頻率下重復(fù),從而使噪聲底限大大高于固定頻率的情況。因此,這種方法可能并不適用于低噪聲系統(tǒng)。但是,通過增加設(shè)計裕度和化 EMI 濾波器成本,許多系統(tǒng)都已受益于這種方法。

圖 3 改變電源頻率降低了基頻但提高了噪聲底限
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