开关稳压器的EMI解决方案

随着人们对能量效率要求的提高，越来越多产品在设计时开始采用开关稳压器以取代线性稳压器。使用多个开关稳压器的电源系统日渐普及，而伴随着稳压器数目的增加，电磁干扰（EMI）的影响也在加剧。为降低EMI，最简单、最具成本效益的方法之一就是采用多相、扩频时钟。

　　多相同步

　　大多数开关稳压器的工作频率都可利用一个外部时钟来控制，而这个外部时钟又决定了所产生EMI的基本频率。利用这个特点可以将EMI设定在一个敏感频段之外，而且，当同时运作多个开关稳压器时，这是一个极为有用的特点。当时钟频率彼此靠近并引起拍频情况时，多个独立运行的开关稳压器有可能产生很大的峰值EMI。同样，如果多个稳压器依靠单个时钟来运作，则EMI将被同步，并因此而变得非常集中。一种解决方案是以相同的时钟频率、不同的相位来驱动每个稳压器。

　　多相同步指的是以单一时钟频率对多个开关电源进行外部驱动的方法，该方法在每个稳压器之间设置了一个时移。通过使每个开关电源错开接通（这样一来，目前吸收输入电流的工作相位先前则是一个死区），峰值开关电流得以减小。因此，使多个开关稳压器“异相”（而不是“同相”）同步可以减小峰值电流，从而降低EMI。

　　此外，相位同步将导致产生的EMI频率提高。这简化了降低EMI的任务，因为滤波处理方式在较高的频率条件下更加有效。

图1：采用扩频调制，可提供1至8个输出的多相硅振荡器LTC6909

　　扩频调频（SSFM）及接收器

　　除了多相同步之外，还可以通过连续改变开关稳压器时钟的频率来改善EMI。这种被称为SSFM的技术不允许发射能量在任何接收器的频段中停留过长的时间，从而改善了EMI。为了最大限度地发挥SSFM的效用，主要有4个必需考虑的因素：受影响接收器的带宽、频率调制的方法、频率扩展量和调制速率。

　　在考虑EMI时，设计师应对受EMI影响的接收器带宽有所了解。这些接收器可能是实际的系统设备，也有可能是用于实现与CISPR 16-1监管标准之相符性的接收器。接收器的带宽决定了两个重要的特性：接收器将会做出响应的频率范围以及在遭受EMI时接收器的响应时间。

　　调制方法

　　大多数开关稳压器都会呈现随频率而变化的纹波；在较低的开关频率下纹波较多，而在较高的开关频率下则纹波较少。因此，如果对开关时钟进行频率调制，则开关电源的纹波将呈现幅度调制。如果时钟的调制信号是周期性的（例如：正弦波或三角波），则将进行周期性的纹波调制，而且在调制频率上存在一个明显的频谱分量。由于调制频率远远低于开关电源的时钟频率，因此可能难以滤除。因为下游电路中的电源噪声耦合或有限的电源抑制，这有可能引发问题，例如：可听音或明显的伪像。伪随机频率调制能够消除这种周期性纹波。当采用伪随机频率调制时，时钟将以一种伪随机的方式从一个频率转移至另一个频率。由于开关电源的输出纹波由一个类噪声信号施以幅度调制，因此输出看似没有进行调制，而且下游系统的影响可忽略不计。

图2：LTC6909的伪随机调制和内部跟踪滤波器