电源设计小贴士 8：通过改变电源频率来降低 EMI 性能 小贴士, 电源, 开关, 谐波

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在测定 EMI 性能时，您是否发现无论您采用何种方法滤波都依然会出现超出规范几 dB 的问题呢？有一种方法或许可以帮助您达到 EMI 性能要求，或简化您的滤波器设计。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。

利用正弦调制，可控变量的两个变量为调制频率 (fm) 以及您改变电源开关频率 (Δf) 的幅度。调制指数 (Β) 为这两个变量的比：

Β=Δf/ fm

图 1 显示了通过正弦波改变调制指数产生的影响。当 Β=0 时，没有出现频移，只有一条谱线。当 Β=1 时，频率特征开始延伸，且中心频率分量下降了 20%。当 Β=2 时，该特征将进一步延伸，且最大频率分量为初始状态的 60%。频率调制理论可以用于量化该频谱中能量的大小。Carson 法则表明大部分能量都将被包含在 2 * (Δf + fm) 带宽中。




图1：调制电源开关频率延伸了 EMI 特征。




图 2 显示了更大的调制指数，并表明降低 12dB 以上的峰值 EMI 性能是有可能的。




图 3：更大的调制指数可以进一步降低峰值 EMI 性能。

选取调制频率和频移是两个很重要的方面。首先，调制频率应该高于 EMI 接收机带宽，这样接收机才不会同时对两个边带进行测量。但是，如果您选取的频率太高，那么电源控制环路可能无法完全控制这种变化，从而带来相同速率下的输出电压变化。另外，这种调制还会引起电源中出现可闻噪声。因此，我们选取的调制频率一般不能高出接收机带宽太多，但要大于可闻噪声范围。很显然，从图 2 我们可以看出，较大地改变工作频率更为可取。然而，这样会影响到电源设计，意识到这一点非常重要。也就是说，为最低工作频率选择磁性元件。此外，输出电容还需要处理更低频率运行带来的更大的纹波电流。

图 3 对有频率调制和无频率调制的 EMI 性能测量值进行了对比。此时的调制指数为 4，正如我们预料的那样，基频下 EMI 性能大约降低了 8dB。其他方面也很重要。谐波被抹入 (smear into) 同其编号相对应的频带中，即第三谐波延展至基频的三倍。这种情况会在一些较高频率下重复，从而使噪声底限大大高于固定频率的情况。因此，这种方法可能并不适用于低噪声系统。但是，通过增加设计裕度和最小化 EMI 滤波器成本，许多系统都已受益于这种方法。

图3：改变电源频率降低了基频但提高了噪声底限。
图3：改变电源频率降低了基频但提高了噪声底限。

感谢 TI 的 John Rice 和 Mike Segal 在这方面所做的工作。下个月，我们将讨论如何估计组件温度升高，敬请期待。