【電源設計小貼士8】:通過改變電源頻率來降低EMI性能
發布時間:2013-01-29 責任編輯:hedyxing
【導讀】在測定EMI性能時,您是否發現無論您采用何種方法濾波都依然會出現超出規範幾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。本文就為您講解這種方法。
這種方法涉及了對電源開關頻率的調製,以引入邊帶能量,並改變窄帶噪聲到寬帶的發射特征,從而有效地衰減諧波峰值。需要注意的是,總體EMI性能並沒有降低,隻是被重新分布了。
利用正弦調製,可控變量的兩個變量為調製頻率 (fm) 以及您改變電源開關頻率 (Δf) 的幅度。調製指數 (Β) 為這兩個變量的比:
圖1顯示了通過正弦波改變調製指數產生的影響。當Β=0時,沒有出現頻移,隻有一條譜線。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的60%。頻率調製理論可以用於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 調製電源開關頻率延伸了EMI特征
圖2顯示了更大的調製指數,並表明降低12dB以上的峰值EMI性能是有可能的。

圖2 更大的調製指數可以進一步降低峰值EMI性能
選取調製頻率和頻移是兩個很重要的方麵。首先,調製頻率應該高於EMI接(jie)收(shou)機(ji)帶(dai)寬(kuan),這(zhe)樣(yang)接(jie)收(shou)機(ji)才(cai)不(bu)會(hui)同(tong)時(shi)對(dui)兩(liang)個(ge)邊(bian)帶(dai)進(jin)行(xing)測(ce)量(liang)。但(dan)是(shi),如(ru)果(guo)您(nin)選(xuan)取(qu)的(de)頻(pin)率(lv)太(tai)高(gao),那(na)麼(me)電(dian)源(yuan)控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)可(ke)能(neng)無(wu)法(fa)完(wan)全(quan)控(kong)製(zhi)這(zhe)種(zhong)變(bian)化(hua),從(cong)而(er)帶(dai)來(lai)相(xiang)同(tong)速(su)率(lv)下(xia)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua)。另(ling)外(wai),這(zhe)種(zhong)調(tiao)製(zhi)還(hai)會(hui)引(yin)起(qi)電(dian)源(yuan)中(zhong)出(chu)現(xian)可(ke)聞(wen)噪(zao)聲(sheng)。因(yin)此(ci),我(wo)們(men)選(xuan)取(qu)的(de)調(tiao)製(zhi)頻(pin)率(lv)一(yi)般(ban)不(bu)能(neng)高(gao)出(chu)接(jie)收(shou)機(ji)帶(dai)寬(kuan)太(tai)多(duo),但(dan)要(yao)大(da)於(yu)可(ke)聞(wen)噪(zao)聲(sheng)範(fan)圍(wei)。很(hen)顯(xian)然(ran),從(cong)圖(tu)2我(wo)們(men)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu),較(jiao)大(da)地(di)改(gai)變(bian)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)更(geng)為(wei)可(ke)取(qu)。然(ran)而(er),這(zhe)樣(yang)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji),意(yi)識(shi)到(dao)這(zhe)一(yi)點(dian)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)。也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo),為(wei)最(zui)低(di)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)選(xuan)擇(ze)磁(ci)性(xing)元(yuan)件(jian)。此(ci)外(wai),輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)還(hai)需(xu)要(yao)處(chu)理(li)更(geng)低(di)頻(pin)率(lv)運(yun)行(xing)帶(dai)來(lai)的(de)更(geng)大(da)的(de)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)。
圖3對有頻率調製和無頻率調製的EMI性能測量值進行了對比。此時的調製指數為4,正如我們預料的那樣,基頻下EMI性能大約降低了8dB。其他方麵也很重要。諧波被抹入 (smear into) 同(tong)其(qi)編(bian)號(hao)相(xiang)對(dui)應(ying)的(de)頻(pin)帶(dai)中(zhong),即(ji)第(di)三(san)諧(xie)波(bo)延(yan)展(zhan)至(zhi)基(ji)頻(pin)的(de)三(san)倍(bei)。這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)會(hui)在(zai)一(yi)些(xie)較(jiao)高(gao)頻(pin)率(lv)下(xia)重(zhong)複(fu),從(cong)而(er)使(shi)噪(zao)聲(sheng)底(di)限(xian)大(da)大(da)高(gao)於(yu)固(gu)定(ding)頻(pin)率(lv)的(de)情(qing)況(kuang)。因(yin)此(ci),這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)可(ke)能(neng)並(bing)不(bu)適(shi)用(yong)於(yu)低(di)噪(zao)聲(sheng)係(xi)統(tong)。但(dan)是(shi),通(tong)過(guo)增(zeng)加(jia)設(she)計(ji)裕(yu)度(du)和(he)最(zui)小(xiao)化(hua)EMI濾波器成本,許多係統都已受益於這種方法。

圖3 改變電源頻率降低了基頻但提高了噪聲底限
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