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【電源設(shè)計(jì)小貼士8】:通過改變電源頻率來降低EMI性能

發(fā)布時(shí)間:2013-01-29 責(zé)任編輯:hedyxing

【導(dǎo)讀】在測(cè)定EMI性能時(shí),您是否發(fā)現(xiàn)無論您采用何種方法濾波都依然會(huì)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(jiǎn)化您的濾波器設(shè)計(jì)。本文就為您講解這種方法。

這種方法涉及了對(duì)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(gè)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(gè)變量的比:



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(shí),沒有出現(xiàn)頻移,只有一條譜線。當(dāng)Β=1時(shí),頻率特征開始延伸,且中心頻率分量下降了20%。當(dāng)Β=2時(shí),該特征將進(jìn)一步延伸,且最大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。

調(diào)制電源開關(guān)頻率延伸了EMI特征
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。

更大的調(diào)制指數(shù)可以進(jìn)一步降低峰值EMI性能
圖2 更大的調(diào)制指數(shù)可以進(jìn)一步降低峰值EMI性能

選取調(diào)制頻率和頻移是兩個(gè)很重要的方面。首先,調(diào)制頻率應(yīng)該高于EMI接收機(jī)帶寬,這樣接收機(jī)才不會(huì)同時(shí)對(duì)兩個(gè)邊帶進(jìn)行測(cè)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(huì)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(jī)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(huì)影響到電源設(shè)計(jì),意識(shí)到這一點(diǎn)非常重要。也就是說,為最低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(yùn)行帶來的更大的紋波電流。

圖3對(duì)有頻率調(diào)制和無頻率調(diào)制的EMI性能測(cè)量值進(jìn)行了對(duì)比。此時(shí)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(hào)相對(duì)應(yīng)的頻帶中,即第三諧波延展至基頻的三倍。這種情況會(huì)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(jì)裕度和最小化EMI濾波器成本,許多系統(tǒng)都已受益于這種方法。

改變電源頻率降低了基頻但提高了噪聲底限
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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