利用擴頻轉換技術(shù)改善開(kāi)關(guān)電源轉換器中的EMI

　電源中的EMI

　　高頻開(kāi)關(guān)式脈沖寬度調制(PWM)AC/DC和DC/DC電源轉換器因其效率高、體積小，現已成為大部分系統的首選電源?？墒?，這類(lèi)轉換器也有一個(gè)不足之處：它會(huì )在開(kāi)關(guān)頻率和諧振頻率下產(chǎn)生傳導性和輻射性的電磁干擾(EMI)。假如不濾除EMI電流和電壓，那它們便會(huì )損害到轉換器的電源并干擾使用同一個(gè)電源的其他設備。輻射性EMI會(huì )影響和干擾正在附近工作的設備。很多時(shí)候，EMI的影響導致轉換器違反FCC和CISPR等訂立的規范。本文將探討目前常用的減弱EMI的解決方案，然后介紹應用日趨增長(cháng)的擴頻技術(shù)。

　　固定頻率開(kāi)關(guān)和EMI

　　在大多數的設計中，PWM轉換器在一固定的頻率下進(jìn)行開(kāi)關(guān)。這么設計有若干優(yōu)點(diǎn)，其中一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是傳導性EMI衰減輸入濾波器的設計比起可變頻率系統的衰減輸入濾波器的設計要更容易些。因為濾波器組件無(wú)論在任何的操作條件下都可在清晰定義的頻率下處理電流。

　　然而，轉換器的輸入電流仍然可使它違反傳導性EMI的限制。要清楚理解這個(gè)問(wèn)題，請考慮圖1中的典型DC/DC反激轉換器。假設連續的傳播都不會(huì )減低其一般性，那MOSFET電流便呈現梯形狀，這是由于有傅里葉在開(kāi)關(guān)頻率和其諧波處滲入到了成份內。這些傅里葉成份如果流入轉換器的電源便會(huì )超出業(yè)界規范的限制。

　　此外，由于電壓和電流波形在開(kāi)關(guān)頻率下的邊緣很尖銳，因此電源將會(huì )在開(kāi)關(guān)頻率fs和其諧波時(shí)放射出電磁能量。這些輻射性放射(即使是從一個(gè)低瓦電源放射出來(lái))可損害包含有靈敏電路的小型電子系統，使在附近的電路發(fā)生故障。

　　減弱EMI的幾種常規技術(shù)

　　這里有幾種方法可減弱EMI的影響。

　　對于傳導性EMI來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)電流必須經(jīng)輸入電容和輸入EMI濾波器進(jìn)行低通濾波，使它們可在到達電源時(shí)被大幅衰減?？墒?，這種過(guò)濾并不徹底，而且經(jīng)常會(huì )遺留一定程度的開(kāi)關(guān)電流使得系統不能通過(guò)傳導性的EMI測試。

　　使用在MOSFET和二極管電源開(kāi)關(guān)中的輻射性EMI緩沖器可以減慢開(kāi)關(guān)波形的上升和下降時(shí)間，并整形諧波電流和電壓的頻譜，以使系統更易符合規格標準。另一方面，緩沖器會(huì )消耗一些能量，使得輻射性放射出來(lái)的能量減少，降低電源的效率。

　　另一種減弱EMI的方法是將電源放置在一個(gè)金屬箱內以封鎖輻射性噪聲，或可以將受影響的設備密封或與產(chǎn)生噪聲的電源隔離。這兩個(gè)方案可以相互替代，也可以一起配合使用。輻射性EMI也可通過(guò)改善電源的布局來(lái)降低。這些技術(shù)的操作原理已在圖2中說(shuō)明，當中采用了輸入濾波器、緩沖器和金屬箱。其中C1、L1和C3組成了一個(gè)輸入濾波器，而D3和D4則組成一個(gè)箝位電路以減輕因變壓器泄漏電感而造成的電壓尖峰。分別由R2和C4以及R3和C5組成的緩沖器則分別減慢MOSFET漏源電壓的振鈴和輸出整流器電壓的振鈴。

　　上述方法都旨在減少所產(chǎn)生出來(lái)的整體EMI能量。但是除了最后一種方法外，大多數方法都會(huì )使電源供應器的尺寸加大，成本更高和復雜性更大，效率也會(huì )降低，甚至得不償失。