電源設計小貼士 8:通過(guò)改變電源頻率來(lái)降低 EMI 性能

發(fā)布時(shí)間:2009-4-13 14:00    發(fā)布者:虞美人
關(guān)鍵詞: EMI , 電源頻率 , 電源設計
在測定 EMI 性能時(shí),您是否發(fā)現無(wú)論您采用何種方法濾波都依然會(huì )出現超出規范幾 dB 的問(wèn)題呢?有一種方法或許可以幫助您達到 EMI 性能要求,或簡(jiǎn)化您的濾波器設計。這種方法涉及了對電源開(kāi)關(guān)頻率的調制,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(méi)有降低,只是被重新分布了。

利用正弦調制,可控變量的兩個(gè)變量為調制頻率 (fm) 以及您改變電源開(kāi)關(guān)頻率 (Δf) 的幅度。調制指數 (Β) 為這兩個(gè)變量的比:

Β=Δf/ fm

圖 1 顯示了通過(guò)正弦波改變調制指數產(chǎn)生的影響。當 Β=0 時(shí),沒(méi)有出現頻移,只有一條譜線(xiàn)。當 Β=1 時(shí),頻率特征開(kāi)始延伸,且中心頻率分量下降了 20%。當 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:調制電源開(kāi)關(guān)頻率延伸了 EMI 特征。




圖 2 顯示了更大的調制指數,并表明降低 12dB 以上的峰值 EMI 性能是有可能的。




圖 3:更大的調制指數可以進(jìn)一步降低峰值 EMI 性能。

選取調制頻率和頻移是兩個(gè)很重要的方面。首先,調制頻率應該高于 EMI 接收機帶寬,這樣接收機才不會(huì )同時(shí)對兩個(gè)邊帶進(jìn)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(wú)法完全控制這種變化,從而帶來(lái)相同速率下的輸出電壓變化。另外,這種調制還會(huì )引起電源中出現可聞噪聲。因此,我們選取的調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(huì )影響到電源設計,意識到這一點(diǎn)非常重要。也就是說(shuō),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(lái)的更大的紋波電流。

圖 3 對有頻率調制和無(wú)頻率調制的 EMI 性能測量值進(jìn)行了對比。此時(shí)的調制指數為 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,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。但是,通過(guò)增加設計裕度和最小化 EMI 濾波器成本,許多系統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。
圖3:改變電源頻率降低了基頻但提高了噪聲底限。

感謝 TI 的 John Rice 和 Mike Segal 在這方面所做的工作。下個(gè)月,我們將討論如何估計組件溫度升高,敬請期待。
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