利用擴頻轉換技術改善開關電源轉換器中的EMI

　電源中的EMI

　　高頻開關式脈沖寬度調制(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?，這類轉換器也有一個不足之處：它會在開關頻率和諧振頻率下產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，那它們便會損害到轉換器的電源并干擾使用同一個電源的其他設備。輻射性EMI會影響和干擾正在附近工作的設備。很多時候，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的擴頻技術。

　　固定頻率開關和EMI

　　在大多數的設計中，PWM轉換器在一固定的頻率下進行開關。這么設計有若干優點，其中一個優點就是傳導性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。要清楚理解這個問題，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關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超出業界規范的限制。

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

　　減弱EMI的幾種常規技術

　　這里有幾種方法可減弱EMI的影響。

　　對于傳導性EMI來說，開關電流必須經輸入電容和輸入EMI濾波器進行低通濾波，使它們可在到達電源時被大幅衰減?？墒?，這種過濾并不徹底，而且經常會遺留一定程度的開關電流使得系統不能通過傳導性的EMI測試。

　　使用在MOSFET和二極管電源開關中的輻射性EMI緩沖器可以減慢開關波形的上升和下降時間，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，緩沖器會消耗一些能量，使得輻射性放射出來的能量減少，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生噪聲的電源隔離。這兩個方案可以相互替代，也可以一起配合使用。輻射性EMI也可通過改善電源的布局來降低。這些技術的操作原理已在圖2中說明，當中采用了輸入濾波器、緩沖器和金屬箱。其中C1、L1和C3組成了一個輸入濾波器，而D3和D4則組成一個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生出來的整體EMI能量。但是除了最后一種方法外，大多數方法都會使電源供應器的尺寸加大，成本更高和復雜性更大，效率也會降低，甚至得不償失。