利用扩频转换技术改善开关电源转换器中的EMI

扩频技术的实现

　　电源中最常用的两种扩频实现方法是随机载频(RCF)和频率调制。

在RCF方案中，采用伪随机噪声产生器来抖动频率，频率在fc-ΔF到fc+ΔF之间周期性随机变化。其中fc是中间频率，或是原本的固定开关频率，一般都是处于100KHz~1MHz范围内。正如之前解释过，ΔF不会超过fc的5%~10%，每一个在这个范围以内的频率包括fc都具有相同的或然率，这使到原本的频率尖峰可以转换成一个分布于频率抖动范围内的较平整频谱，正如图3所示。原本集中在fc处的能量现在已在较低的水平下被平均分布，而频带范围扩大到2?F宽。由于电源转换器中的开关频率是一个方波，它包含有谐波，而且理论上会出现在单倍数的频率上，例如是3fc、5fc、7fc等如此类推，因此采用RCF方法的频率抖动将会产生抖动谐波，而这些谐波会分别平均分布在3(fc-ΔF)到3(fc+ΔF)、5(fc-ΔF)到5(fc+ΔF)和7(fc-ΔF)到7(fc+ΔF)等如此类推的范围内。然而，当谐波愈大，频谱便会变得更平滑和更宽阔，原因是它将散布到更宽阔的2nΔF的范围，其中的n代表谐波数。结果，谐波中的峰值能量将会随着谐波数的上升而以更快的速度减少。

固定频率转换和抖动转换的频谱的频谱

　　另一种抖动技术——“频率调制”是商用电源管理集成电路中所常采用的扩频实现技术，例如美国国家半导体的LM3370（参考文献2）。采用这个方法，固定开关频率(典型值同样是介乎100kHz~1MHz范围内)会在1KHz~2KHz的范围内于频率fm下被调制，产生出一个宽带频率调制波形，其频谱会在基本开关频率的周围出现较低和较高的边带，而带宽为2ΔF = (ΔF+fc)-(ΔF-fc)。换句话说，在原本固定开关频率下的原本高幅度频谱会被群集在调制前谱线周围的较低幅度边带所取代。FM技术的频谱可以设计成与RCF方案类似，而且亦可由图3来表示。然而，频谱组合和边带的波形精度会取决于调制频率的变化过程。正如图4所示，fm的最佳调制模式会使得固定幅度的边带波形呈现锯齿状。现在，转换器可以较容易地通过EMI测试。与RCF的情况类似，在每一个谐波频率处的边带宽度会与谐波数n成正比，而相邻谐波的边带会逐渐重叠，使频谱变得比较平滑，同时提高噪声地，而带有的峰值比起原本固定频率谐波的低很多。结果，开关能量在频率范围内的分布将更加平均，使电源更容易符合EMI的规格。

　　总之，由于效率高且成本经济，扩频转换抑制EMI的技术将会更广泛的应用到开关电源中。