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改变电源频率降低EMI性能 0 Z( p2 \/ C5 g% P# Y. P- B
中心议题:3 H( c( s6 C4 Y5 Y7 y
* 改变电源频率降低EMI性能
2 W" O: l% S1 Y8 r; ^; ~ 解决方案:
3 f* Z% T4 j" g% h * 调制电源开关频率延伸EMI特征$ r2 W- w' L) o* M, ?+ N$ k
* 更大调制指数进一步降低峰值EMI性能
9 v, }+ U6 g9 R. Y! l9 C 本文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。
1 i+ W/ V) f8 M& A 在正弦波调制情况下,有两个变量可以控制,即调制频率(fm)和电源开关频率的变化幅度(Δf)。调制指数(B)就是这两个变量的比值,即:
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" D2 G* a' |6 r' M' |9 `4 f" x: a Β=Δf/fm
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* Q6 N$ }5 _% H- ^5 B 图1给出了采用正弦波调制技术的情况下改变调制指数带来的影响。当B=0时,没有频率偏移,只有一根谱线。当B=1时,信号的频率特征开始展宽,中心频率分量下降了20%。当B=2时,频率特征展得更宽,最大频率分量是B=0时的60%。我们可以用频率调制理论来量化这个频谱中的能量。卡森定律指出,在2*(Δf+fm)带宽内包含了绝大部分能量。 # e- M: \9 V9 ^& Y/ f+ z* z
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1 t! N+ K3 }/ @: w% ?9 V 图2显示了更大的调制指数,从图中可以看出峰值EMI可降低12dB以上。
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选择调制频率和频率偏移非常重要。首先,调制频率应高于EMI接收机带宽,以便接收机不会同时测量到两侧的边带。不过如果频率太高,电源控制环路可能无法充分抑制电压变化,从而导致输出电压以同样的速率变化。另外,调制可能在电源中产生可闻噪声。因此典型的做法是调制频率不要超出接收机带宽太多,但要在可闻频率范围以外。从图2可以明显看出,工作频率的高度变化更加可取。然而需要注意的是,这将对电源设计造成影响,也即需要针对最低工作频率认真选择磁性元件。由于在较低频率下工作,因此输出电容也需要处理更大的纹波电流。
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图3对采用频率调制和未采用频率调制这两种情况下测得的EMI性能作了比较。这里的调制指数是4,正如预期的那样,EMI在基频基础上降低了8dB左右。其它方面的效果也非常显著。谐波被展宽到频带内,并且展宽结果与谐波次数有关,比如三次谐波可以被展宽至基频的3倍。展宽过程在更高的频率下不断重复,使得噪声基底与固定频率情况相比有了较大的提高。因此这种技术并不适合低噪声系统,但许多系统可以从中受益,它不仅能增加设计余量,还能显著降低EMI的滤波器成本。
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| 图3:改变电源开关频率可降低基频信号幅度,但会增加噪音基底 |
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