開關(guān)穩(wěn)壓器的EMI解決方案

隨著人們對能量效率要求的提高，越來越多產(chǎn)品在設(shè)計時開始采用開關(guān)穩(wěn)壓器以取代線性穩(wěn)壓器。使用多個開關(guān)穩(wěn)壓器的電源系統(tǒng)日漸普及，而伴隨著穩(wěn)壓器數(shù)目的增加，電磁干擾（EMI）的影響也在加劇。為降低EMI，最簡單、最具成本效益的方法之一就是采用多相、擴(kuò)頻時鐘。

　　多相同步

　　大多數(shù)開關(guān)穩(wěn)壓器的工作頻率都可利用一個外部時鐘來控制，而這個外部時鐘又決定了所產(chǎn)生EMI的基本頻率。利用這個特點可以將EMI設(shè)定在一個敏感頻段之外，而且，當(dāng)同時運作多個開關(guān)穩(wěn)壓器時，這是一個極為有用的特點。當(dāng)時鐘頻率彼此靠近并引起拍頻情況時，多個獨立運行的開關(guān)穩(wěn)壓器有可能產(chǎn)生很大的峰值EMI。同樣，如果多個穩(wěn)壓器依靠單個時鐘來運作，則EMI將被同步，并因此而變得非常集中。一種解決方案是以相同的時鐘頻率、不同的相位來驅(qū)動每個穩(wěn)壓器。

　　多相同步指的是以單一時鐘頻率對多個開關(guān)電源進(jìn)行外部驅(qū)動的方法，該方法在每個穩(wěn)壓器之間設(shè)置了一個時移。通過使每個開關(guān)電源錯開接通（這樣一來，目前吸收輸入電流的工作相位先前則是一個死區(qū)），峰值開關(guān)電流得以減小。因此，使多個開關(guān)穩(wěn)壓器“異相”（而不是“同相”）同步可以減小峰值電流，從而降低EMI。

　　此外，相位同步將導(dǎo)致產(chǎn)生的EMI頻率提高。這簡化了降低EMI的任務(wù)，因為濾波處理方式在較高的頻率條件下更加有效。

圖1：采用擴(kuò)頻調(diào)制，可提供1至8個輸出的多相硅振蕩器LTC6909

　　擴(kuò)頻調(diào)頻（SSFM）及接收器

　　除了多相同步之外，還可以通過連續(xù)改變開關(guān)穩(wěn)壓器時鐘的頻率來改善EMI。這種被稱為SSFM的技術(shù)不允許發(fā)射能量在任何接收器的頻段中停留過長的時間，從而改善了EMI。為了最大限度地發(fā)揮SSFM的效用，主要有4個必需考慮的因素：受影響接收器的帶寬、頻率調(diào)制的方法、頻率擴(kuò)展量和調(diào)制速率。

　　在考慮EMI時，設(shè)計師應(yīng)對受EMI影響的接收器帶寬有所了解。這些接收器可能是實際的系統(tǒng)設(shè)備，也有可能是用于實現(xiàn)與CISPR 16-1監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)之相符性的接收器。接收器的帶寬決定了兩個重要的特性：接收器將會做出響應(yīng)的頻率范圍以及在遭受EMI時接收器的響應(yīng)時間。

　　調(diào)制方法

　　大多數(shù)開關(guān)穩(wěn)壓器都會呈現(xiàn)隨頻率而變化的紋波；在較低的開關(guān)頻率下紋波較多，而在較高的開關(guān)頻率下則紋波較少。因此，如果對開關(guān)時鐘進(jìn)行頻率調(diào)制，則開關(guān)電源的紋波將呈現(xiàn)幅度調(diào)制。如果時鐘的調(diào)制信號是周期性的（例如：正弦波或三角波），則將進(jìn)行周期性的紋波調(diào)制，而且在調(diào)制頻率上存在一個明顯的頻譜分量。由于調(diào)制頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于開關(guān)電源的時鐘頻率，因此可能難以濾除。因為下游電路中的電源噪聲耦合或有限的電源抑制，這有可能引發(fā)問題，例如：可聽音或明顯的偽像。偽隨機(jī)頻率調(diào)制能夠消除這種周期性紋波。當(dāng)采用偽隨機(jī)頻率調(diào)制時，時鐘將以一種偽隨機(jī)的方式從一個頻率轉(zhuǎn)移至另一個頻率。由于開關(guān)電源的輸出紋波由一個類噪聲信號施以幅度調(diào)制，因此輸出看似沒有進(jìn)行調(diào)制，而且下游系統(tǒng)的影響可忽略不計。

圖2：LTC6909的偽隨機(jī)調(diào)制和內(nèi)部跟蹤濾波器