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開關(guān)電源設(shè)計技巧十例:如何降低 EMI性能?

發(fā)布時間:2013-08-05 責任編輯:eliane

【導讀】開關(guān)電源設(shè)計中,在測定EMI性能時我們會發(fā)現(xiàn),無論采用何種方法濾波都會出現(xiàn)超出規(guī)范幾dB的問題,因此,該如何設(shè)計以達到EMI性能要求呢?本次開關(guān)電源設(shè)計將帶來降低EMI性能的小技巧。

電源設(shè)計技巧十例之一:為電源選擇最佳工作頻率
電源設(shè)計技巧十例之二:如何解決電源噪聲 
電源設(shè)計技巧十例之三:多相升壓轉(zhuǎn)換器改裝 
電源設(shè)計技巧十例之四:DPPM電池充電器 
電源設(shè)計技巧十例之五:電池電量監(jiān)測計提供精確電量值 
電源設(shè)計技巧十例之六:相機閃光燈電容充電器設(shè)計
電源設(shè)計技巧十例之七:驅(qū)動白光 LED 的解決方案對比 
電源設(shè)計技巧十例之八:多相數(shù)字電源解決方案應(yīng)對挑戰(zhàn) 

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:
開關(guān)電源設(shè)計技巧公式
圖8.1顯示了通過正弦波改變調(diào)制指數(shù)產(chǎn)生的影響。當Β=0時,沒有出現(xiàn)頻移,只有一條譜線。當Β=1時,頻率特征開始延伸,且中心頻率分量下降了20%。當Β=2時,該特征將進一步延伸,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。
圖8.1 調(diào)制電源開關(guān)頻率延伸了EMI特征
圖8.1:調(diào)制電源開關(guān)頻率延伸了EMI特征

圖8.2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8.2 更大的調(diào)制指數(shù)可以進一步降低峰值EMI性能
圖8.2: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8.2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行帶來的更大的紋波電流。

圖8.3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,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)計裕度和最小化EMI濾波器成本,許多系統(tǒng)都已受益于這種方法。

圖8.3 改變電源頻率降低了基頻但提高了噪聲底限
圖8.3 改變電源頻率降低了基頻但提高了噪聲底限

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