電源設計小貼士 8：通過改變電源頻率來降低 EMI 性能

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計。這種方法涉及了對電源開關頻率的調(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頻率 (Δf) 的幅度。調(diào)制指數(shù) (Β) 為這兩個變量的比：

Β=Δf/ fm

圖 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 1 調(diào)制電源開關頻率延伸了 EMI 特征
圖 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 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 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 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 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。下個月，我們將討論如何估計組件溫度升高，敬請期待。