電源提示：汽車 EMI 頻率抖動(dòng)，并不一定是壞事

一位汽車設(shè)計(jì)工程師最近向我們的團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)問(wèn)題：在他們?cè)O(shè)計(jì)的固定頻率降壓穩(wěn)壓器的傳導(dǎo) EMI 測(cè)量期間，他無(wú)法滿足國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì) (CISPR) 25 5 類電磁干擾 (EMI) 標(biāo)準(zhǔn)。讓我簡(jiǎn)要回顧一下前面提到的一些 EMI 術(shù)語(yǔ)：

· EMI 是信號(hào)從一個(gè)電路到另一個(gè)電路或系統(tǒng)的不希望的耦合。由于劇烈的電壓轉(zhuǎn)換、二極管反向恢復(fù)電流和無(wú)源寄生元件的振蕩，EMI 與任何開(kāi)關(guān)模式電源 (SMPS) 相關(guān)。

· 傳導(dǎo) EMI 是通過(guò)寄生阻抗、電源和接地連接的傳導(dǎo)耦合。

· CISPR 25 是一種 EMI 標(biāo)準(zhǔn)。EMI 標(biāo)準(zhǔn)可能因地理區(qū)域和應(yīng)用而異。5 類是 CISPR 25 標(biāo)準(zhǔn)中最嚴(yán)格的子類別。

設(shè)計(jì)工程師嘗試過(guò)濾和優(yōu)化布局，但仍然未能達(dá)到 CISPR 25 Class 5 的平均限制幾分貝微伏。除電視頻段（41MHz 及以上）外，所有 CISPR 25 等級(jí)的平均限制通常比峰值限制嚴(yán)格 20dB。在這里，他們以充足的利潤(rùn)滿足了峰值限制。

由于工程師提到他使用固定頻率降壓轉(zhuǎn)換器幾乎沒(méi)有超出平均限制，因此想到了頻率抖動(dòng)（也稱為擴(kuò)頻）設(shè)備。

在固定頻率開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器中，輻射集中在開(kāi)關(guān)頻率及其諧波處。平均排放非常接近峰值。相反，啟用頻率抖動(dòng)的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器將發(fā)射分布在一個(gè)頻率范圍內(nèi)（通常為開(kāi)關(guān)頻率的 ±5%）；因此，發(fā)射不會(huì)集中在特定頻率上。這實(shí)際上并沒(méi)有降低峰值噪聲能量水平，但平均水平大致降低了擴(kuò)頻寬度與 9kHz（對(duì)于低于 30MHz 的所有測(cè)量）EMI 接收器帶寬的比率。就分貝測(cè)量而言，減少量大約是帶寬比對(duì)數(shù)的 10 倍。例如，使用 9kHz 帶寬的接收器，在 80kHz 帶寬上傳播的噪聲將顯示出大約 9dB 的降低。

圖 1：固定頻率和頻率抖動(dòng)之間的傳導(dǎo)發(fā)射比較

我們的團(tuán)隊(duì)決定使用 LM5088 進(jìn)行設(shè)計(jì)，這是一款具有頻率抖動(dòng)和固定頻率功能的非同步降壓控制器。在構(gòu)建和測(cè)試評(píng)估板的功能之后，我們?cè)?150kHz 至 1.8MHz 的范圍內(nèi)（覆蓋主要的 AM 頻段）進(jìn)行了 EMI 測(cè)量。圖 2 是頻譜分析儀屏幕截圖。

圖 2：頻率抖動(dòng)有助于滿足 CISPR 25 EMI 標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樾盘?hào)遠(yuǎn)低于平均限制

從圖 2 中，我們可以看到平均排放量（綠色）低于 CISPR 25 Class 5 的平均限值（藍(lán)色）。1.19MHz 處的最大峰值為 28.23dBμV，該頻段的平均限制為 34dBμV，留有相當(dāng)大的余量。

為確保頻率抖動(dòng)有助于滿足 EMI 標(biāo)準(zhǔn)，我們禁用了頻率抖動(dòng)，啟用了固定頻率并重復(fù)了傳導(dǎo) EMI 測(cè)試。請(qǐng)參見(jiàn)圖 3。

圖 3：固定頻率 LM5088 不符合 CISPR 25 Class 5，因?yàn)橹辽偃齻€(gè)峰值超過(guò)了限制

圖 3 顯示了至少三個(gè)違規(guī)行為。在 1.18MHz 時(shí)最大峰值為 48.27dBμV，比 CISPR 25 Class 5 平均限值高約 14dBμV，因此不符合標(biāo)準(zhǔn)。

如果我們仔細(xì)查看圖 2，啟用頻率抖動(dòng)的 LM5088 在 1.18MHz 處達(dá)到峰值，并將其分布在一個(gè)小范圍的頻率上，從而降低了平均信號(hào)的峰值。

LM5088高壓非同步降壓控制器具有所有必要的功能，可使用最少數(shù)量的外部元件實(shí)現(xiàn)高效高壓降壓轉(zhuǎn)換器。LM5088可配置為在4.5 V至75 V的超寬輸入電壓范圍內(nèi)工作。這種易于使用的控制器包括一個(gè)能夠控制外部N通道降壓開(kāi)關(guān)的電平移位門(mén)驅(qū)動(dòng)器。該控制方法基于利用模擬電流斜坡的峰值電流模式控制。仿真控制斜坡的使用降低了脈寬調(diào)制電路的噪聲敏感性，允許可靠地控制高輸入電壓/低輸出電壓應(yīng)用中所需的非常小的占空比。LM5088開(kāi)關(guān)頻率可編程范圍為50 kHz至1 MHz。

LM5088有兩種版本：LM5088-1提供+/-5%頻率抖動(dòng)功能，以減少傳導(dǎo)和輻射EMI，而LM5088-2提供多功能重啟定時(shí)器，用于過(guò)載保護(hù)。其他功能包括一個(gè)低壓差偏置穩(wěn)壓器，三電平使能輸入控制關(guān)機(jī)和待機(jī)模式，軟啟動(dòng)和振蕩器同步能力。該設(shè)備采用熱增強(qiáng)型HTSSOP-16引腳封裝。

這是僅違反平均限制時(shí)的一個(gè)很好的示例，僅頻率抖動(dòng)就可以使我們的傳導(dǎo) EMI 符合要求。LM5088 等其他器件具有頻率抖動(dòng)功能，可幫助我們滿足設(shè)計(jì)的 EMI 規(guī)范。