《電子技術應用》
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通過改變電源開關頻率來降低EMI干擾
摘要: 你是否曾有過這樣的經歷?在測試EMI時不管采用何種濾波方式仍有少許超標的情況。本文介紹的技術將有助于你通過EMI測試,或簡化你的濾波器設計。
Abstract:
Key words :

  你是否曾有過這樣的經歷?在測試EMI時不管采用何種濾波方式仍有少許超標的情況。本文介紹的技術將有助于你通過EMI測試,或簡化你的濾波器設計。該技術通過調制電源開關頻率引入邊帶能量,并將信號輻射特征從窄帶噪聲變為寬帶噪聲,從而有效地衰減諧波峰值。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。

  在正弦波調制情況下,有兩個變量可以控制,即調制頻率(fm)和電源開關頻率的變化幅度(Δf)。調制指數(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制技術的情況下改變調制指數帶來的影響。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)帶寬內包含了絕大部分能量。
 

圖1:調制電源開關頻率可展寬EMI特征


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

圖2:更大的調制指數可以進一步降低峰值EMI 


  選擇調制頻率和頻率偏移非常重要。首先,調制頻率應高于EMI接收機帶寬,以便接收機不會同時測量到兩側的邊帶。不過如果頻率太高,電源控制環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,調制可能在電源中產生可聞噪聲。因此典型的做法是調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對采用頻率調制和未采用頻率調制這兩種情況下測得的EMI性能作了比較。這里的調制指數是4,正如預期的那樣,EMI在基頻基礎上降低了8dB左右。其它方面的效果也非常顯著。諧波被展寬到頻帶內,并且展寬結果與諧波次數有關,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。因此這種技術并不適合低噪聲系統,但許多系統可以從中受益,它不僅能增加設計余量,還能顯著降低EMI的濾波器成本。
 

 

 圖3:改變電源開關頻率可降低基頻信號幅度,但會增加噪音基底

 

 

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