电源设计小贴士 8:通过改变电源频率来降低 EMI 性能

2009年04月13日 14:04    虞美人
关键词: EMI , 电源频率 , 电源设计
在测定 EMI 性能时,您是否发现无论您采用何种方法滤波都依然会出现超出规范几 dB 的问题呢?有一种方法或许可以帮助您达到 EMI 性能要求,或简化您的滤波器设计。这种方法涉及了对电源开关频率的调制,以引入边带能量,并改变窄带噪声到宽带的发射特征,从而有效地衰减谐波峰值。需要注意的是,总体 EMI 性能并没有降低,只是被重新分布了。

利用正弦调制,可控变量的两个变量为调制频率 (fm) 以及您改变电源开关频率 (Δf) 的幅度。调制指数 (Β) 为这两个变量的比:

Β=Δf/ fm

图 1 显示了通过正弦波改变调制指数产生的影响。当 Β=0 时,没有出现频移,只有一条谱线。当 Β=1 时,频率特征开始延伸,且中心频率分量下降了 20%。当 Β=2 时,该特征将进一步延伸,且最大频率分量为初始状态的 60%。频率调制理论可以用于量化该频谱中能量的大小。Carson 法则表明大部分能量都将被包含在 2 * (Δf + fm) 带宽中。




图1:调制电源开关频率延伸了 EMI 特征。




图 2 显示了更大的调制指数,并表明降低 12dB 以上的峰值 EMI 性能是有可能的。




图 3:更大的调制指数可以进一步降低峰值 EMI 性能。

选取调制频率和频移是两个很重要的方面。首先,调制频率应该高于 EMI 接收机带宽,这样接收机才不会同时对两个边带进行测量。但是,如果您选取的频率太高,那么电源控制环路可能无法完全控制这种变化,从而带来相同速率下的输出电压变化。另外,这种调制还会引起电源中出现可闻噪声。因此,我们选取的调制频率一般不能高出接收机带宽太多,但要大于可闻噪声范围。很显然,从图 2 我们可以看出,较大地改变工作频率更为可取。然而,这样会影响到电源设计,意识到这一点非常重要。也就是说,为最低工作频率选择磁性元件。此外,输出电容还需要处理更低频率运行带来的更大的纹波电流

图 3 对有频率调制和无频率调制的 EMI 性能测量值进行了对比。此时的调制指数为 4,正如我们预料的那样,基频下 EMI 性能大约降低了 8dB。其他方面也很重要。谐波被抹入 (smear into) 同其编号相对应的频带中,即第三谐波延展至基频的三倍。这种情况会在一些较高频率下重复,从而使噪声底限大大高于固定频率的情况。因此,这种方法可能并不适用于低噪声系统。但是,通过增加设计裕度和最小化 EMI 滤波器成本,许多系统都已受益于这种方法。

图3:改变电源频率降低了基频但提高了噪声底限。
图3:改变电源频率降低了基频但提高了噪声底限。

感谢 TI 的 John Rice 和 Mike Segal 在这方面所做的工作。下个月,我们将讨论如何估计组件温度升高,敬请期待。
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