用电源变换器工作频率的抖动降低峰值辐射

DC/DC 开关式电源变换器的 设计师要面对的挑战之一是，控制正常运行时的 EMI（电磁干扰）辐射。如果辐射太强，它们会通过电源线传播，或辐射到系统中的其他装置上，损害系统的性能。辐射的峰值一般出现在变换器的基础开关频率处，各个高次谐波上的辐射强度则逐步降低，大部分辐射能量只限于基波和较低次谐波。通过对电源变换器工作频率的调整与抖动，可将 EMI 扩散到更宽的频率上，从而降低峰值辐射。 　　大多数现代PWM控制器都使用外接电阻器来设定工作频率，一般减少电阻值就可提高频率。例如，LM5020的内部振荡器在其编程脚（RT）提供一个经稳压的 2V，将一只编程电阻器接至RT脚即可设定RT流出的电流。振荡器还为内部定时电容器提供一个成比例的电流（参考文献）。定时电容器电压的上升周期就决定了振荡器的频率。 　　图1中的外接抖动电路包括一个采用独立比较器的简单振荡器，工作频率约为 800 Hz左右。比较器IC2的输出态在上电时为高电平。R1、R2和R3设定比较器的正输入，其初始设定值为2.9V。电容器C3上的电压向正阈值爬升。 当比较器负输入端的电压达到正阈值电压时，比较器输出切换为低电平，从而将比较器正输入端的阈值电压降至2.1V。于是，电容器C3上的电压向新阈值斜降，当到达较低的阈值电压时，这个周期重复。C3上的电压大致是一个最低值为2.1V、最高值为2.9V的三角波。 　　为了对 LM5020 控制器 PWM 振荡器的基频作抖动，用 IC2 产生的三角波调制控制器RT脚的电流。电阻器R5设定调制抖动的百分比。R5的右端固定为RT脚经稳压的2V电压， 通过电容器C2从IC2耦合来的低频三角波驱动R5的左端。对于64.9 kΩ的 R5，通过电阻器R5 的峰峰电流约为12mA。在没有连接抖动电路时，RT流出的稳态电流约为121mA，因此12mA p-p的抖动电流相当于10%的总调制。 　　用LM5020控制的PWM回扫DC/DC变换器IC1评估抖动电路的效果。该电路的基础工作频率为250kHz，由控制器的RT电阻器设定。图2中的红线表示在抖动电路不工作的情况下，电路正输入电源线上传导的辐射。峰值辐射被窄窄地限制在250 kHz基振频率附近，基频处测得的振幅为-24dB。 　　图2中的蓝色迹线表示将抖动电路连接到控制器的RT输入端后产生的结果。基频附近的传导辐射被扩散，最大振幅减少了-34 dB，达到+10dB。