改变电源开关频率来降低电磁干扰

改变电源开关频率来降低电磁干扰

你是否曾有过这样的经历？在测量电磁干扰时不管采用何种滤波方式仍有少许超标的情况。本文说明的技术将有助于你通过电磁干扰测量，或简化你的滤波器设计。该技术通过调制电源开关频率引入边带能量，并将信号辐射特征从窄带噪声变为宽带噪声，从而有效地衰减谐波峰值。需要注意的是，总的电磁干扰能量并没有减少，只是得到了重新分布。

    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：

Β=Δf/fm

    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干扰。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。



图1：调制电源开关频率可展宽电磁干扰特征。

图2显示了更大的调制指数，从图中可以看出峰值电磁干扰可降低12dB以上。



图2：更大的调制指数可以进一步降低峰值电磁干扰。

    选购调制频率和频率偏移非常重要。首先，调制频率应高于电磁干扰接收机带宽，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干扰，也即需要针对最低工作频率认真选购磁性元件。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。

    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电磁干扰性能作了比较。这里的调制指数是4，正如预期的那样，电磁干扰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，并且展宽结果和谐波次数有关，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，使得噪声基底和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，还能显著降低电磁干扰的滤波器成本。



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。