电源设计小贴士 8：通过改变电源频率来降低 EMI 性能

更多电源管理内容请访问：www.ti.com.cn/powermanagement

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2：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。

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。

参考文献：

1、《通过开关频率调制来降低电源 EMI 干扰》，作者：Feng 和 Chen，摘自《IEEE电力电子学会刊》，1994 年版。

2、EMI 滤波器设计，SEM1500，标题 1

Robert Kollman 现任 TI 高级应用经理兼科技委员会的资深委员。他拥有在电源电子领域超过 30 年的工作经验，并为电源电子设计了从低功耗 (sub-watt) 到超低功耗 (sub-megawatt) 的磁性元件，工作频率在兆赫兹范围内。Robert 毕业于得克萨斯 A&M 大学 (Texas A&M University)，获电子工程理学士学位，后又毕业于南卫理公会大学 (Southern Methodist University)，获电子工程硕士学位。

电源设计小贴士系列文章：

电源设计小贴士 1：为您的电源选择正确的工作频率

电源设计小贴士 2：驾驭噪声电源

电源设计小贴士 3：阻尼输入滤波器(第一部分)

电源设计小贴士 4：阻尼输入滤波器(第二部分)

电源设计小贴士 5：降压—升压电源设计中降压控制器的使用

电源设计小贴士 6：精确测量电源纹波

电源设计小贴士 7：高效驱动 LED 离线式照明

电源设计小贴士 8：通过改变电源频率来降低 EMI 性能