正態(tài)頻率調制降低開(kāi)關(guān)變換器電磁干擾的研究

摘要：利用正態(tài)頻率調制技術(shù)從噪聲產(chǎn)生源頭上降低了開(kāi)關(guān)變換器的電磁干擾。簡(jiǎn)單地分析了具有不變概率密度分布的離散隨機信號頻率調制降低開(kāi)關(guān)變換器EMI噪聲的原理，并試制了一臺正態(tài)頻率調制開(kāi)關(guān)變換器電源樣機。給出了開(kāi)關(guān)管電流信號的頻譜以及傳導干擾測試的結果。實(shí)驗結果表明該技術(shù)能有效降低開(kāi)關(guān)諧波峰值，使開(kāi)關(guān)變換器易于通過(guò)EMI測試，具有應用的前景。
關(guān)鍵詞：頻率調制；電磁干擾；開(kāi)關(guān)變換器；噪聲

近年來(lái)，源自于通信工程的頻率調制技術(shù)被認為是一種從噪聲產(chǎn)生源頭上降低開(kāi)關(guān)變換器電磁干擾的有效方法，但是頻率調制降低EMI噪聲的效果依賴(lài)于調制信號的特性。不同的調制信號有不同的調制效果，為了最大限度地降低被調信號及其各次諧波的幅值，關(guān)鍵是選擇合適的調制信號。從這個(gè)觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，周期信號調制后被調信號為離散頻譜，而混沌信號和隨機信號均具有寬頻特性，更適合作為調制信號。
文中首先利用計算機產(chǎn)生正態(tài)分布偽隨機序列，然后通過(guò)嵌入式系統產(chǎn)生離散隨機信號，分別加入到PWM芯片的時(shí)鐘引腳，實(shí)現了正態(tài)頻率調制開(kāi)關(guān)變換器，驗證了其擴頻降噪的可行性。

1 離散隨機信號頻率調制擴展頻譜的原理
應用隨機序列{xk}以及周期為T(mén)的單位脈沖函數g(t)可以定義調制信號為。當被調制信號是正弦波時(shí)，頻率調制的結果可寫(xiě)成：

其中f0是載波頻率，△f是頻率差。此外，調制指數用m=△f／fm表示，其中fm=1／T為調制頻率。由于采用了隨機頻率調制破壞了信號的周期性或準周期性，因此相應的功率譜當然是連續的。文獻的研究結果表明，當利用獨立無(wú)關(guān)的隨機序列產(chǎn)生的隨機信號作為調制信號調制正弦信號時(shí)，在滿(mǎn)足調制指數m足夠大的條件下，下式成立：

式(2)意味著(zhù)被調制正弦波信號功率譜的形狀與調制信號的分布密度的形狀相同。
當被調制信號是PWM脈沖信號時(shí)，它的k次諧波分量可以認為是頻率差△fk=k△f、調制指數mk=km的頻率調制。只要基波的調制條件成立，那么高次諧波的條件也必然成立。此時(shí)，被調信號各次諧波頻率附近的頻譜形狀均與隨機信號的概率分布密度的形狀相似。

2 離散隨機信號的產(chǎn)生
由于真實(shí)的隨機信號不易產(chǎn)生，這里采用計算機產(chǎn)生正態(tài)分布的偽隨機序列數，再通過(guò)嵌入式數字系統的D／A轉換器產(chǎn)生離散時(shí)間隨機信號。雖然MATLAB生成的是偽隨機序列，但其統計特性是不變的，因此可以認為采用偽隨機序列不影響擴頻的效果，實(shí)驗結果也證實(shí)了這一點(diǎn)。
連續型隨機變量x的(0，1)正態(tài)分布概率密度函數為：