其中，第1篇闡述了為什么fsw會(huì)有400kHz和2.2MHz的情況；第2篇重點(diǎn)著重討論了不同fsw，在電氣性能上帶來的影響。感興趣的同學(xué)，自己去翻閱。今天，我想從EMC性能角度，來討論下不同fsw的區(qū)別。

揭曉上期文章答案

在開始今天的討論之前，先揭曉上期文章《看圖識物，你能猜出來此為何物么？》的答案。

有些同學(xué)已經(jīng)猜出來了，就是攝像頭的鏡頭。這是鏡頭在光源下效果，非常像人的眼睛，真的很神奇！

一道問題

言歸正傳，照例，先拋出來一道問題：不同的開關(guān)頻率fsw，在EMC的RE輻射測試中會(huì)有怎樣的區(qū)別表現(xiàn)呢？

這么問，可能顯得太大，不夠具體。那么我們把這個(gè)問題，再具體些：在前文中提到Buck電源芯片的開關(guān)頻率經(jīng)常會(huì)設(shè)置為400kHz或2.2MHz。那么，這兩種fsw在RE測試中會(huì)有怎樣的不同表現(xiàn)呢？

fsw和Tr與頻譜衰減的關(guān)系

在分析Buck電源不同fsw在EMC測試中的表現(xiàn)之前，有必要弄清楚不同fsw的方波，其頻譜有怎樣的不同。

（圖片來自鄭軍奇書籍《EMC電磁兼容設(shè)計(jì)與測試案例分析》）

上面這個(gè)方波和頻率衰減曲線，我相信很多同學(xué)都見過，不陌生。反正我是在很多地方都見過，就索性直接從書拍圖了。這里面有2點(diǎn)需要重點(diǎn)關(guān)注：

①區(qū)域b，頻譜以-20dB/dec斜率衰減，是從f1=1/πxtw開始，tw為方波的脈沖寬度。

i. 如果方波的占空比為50%，那么tw=T/2=1/2fsw；即切換的頻點(diǎn)f1=2fsw/π；

ii. 如果方波的占空比為D，那么tw=DxT=D/fsw。則有：f1=fsw/πxD。

②區(qū)域c，頻譜以-40dB/dec斜率衰減，是從f2=1/πxtr開始，tr為方波脈沖邊沿的上升時(shí)間。在該區(qū)域內(nèi)，高頻分量的能量急劇下降。

增加fsw，在頻域內(nèi)會(huì)有什么變化？

只是看上面的圖片，還不太直觀。如果我們把fsw從400kHz提升到2.2MHz，除了在《Buck電源芯片不同開關(guān)頻率會(huì)給電路帶來哪些影響？》提到的變化，在頻域內(nèi)會(huì)有什么變化呢？

如上右圖所示，上升沿tr不變，僅僅是周期減小，fsw增大，在頻域內(nèi)的變化如左圖所示。-20dB/dec的切換頻點(diǎn)f1會(huì)右移，這樣會(huì)使得fsw的倍頻衰減時(shí)間延遲，這里是不利于EMI優(yōu)化設(shè)計(jì)的。

注意：這里tr不變，f2頻點(diǎn)的位置沒有后移。

增加tr，在頻域內(nèi)會(huì)有什么變化？

如上圖右圖所示，在fsw頻率不變的情況下，讓脈沖波形上升沿變化，tr增加。在頻域內(nèi)，如左圖所示，頻點(diǎn)f2變小，-40dB/dec切換節(jié)點(diǎn)左移，高頻分量衰減的更快。

注意：這里fsw不變，f1頻點(diǎn)的位置沒有前移。

可以肯定的是，通過增大tr讓高頻噪聲快速衰減以優(yōu)化EMI，這是一個(gè)不錯(cuò)的想法。但在實(shí)際應(yīng)用中，緩慢的邊沿跳變意味著開關(guān)管在導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)切換時(shí)需要花費(fèi)更長的時(shí)間，相應(yīng)開關(guān)損耗會(huì)增加，電源效率會(huì)降低。這里在項(xiàng)目開發(fā)中，需要做綜合評估。

fsw調(diào)高，EMI越容易過？

既然前面說了，增大fsw，-20dB/dec的切換頻點(diǎn)f1會(huì)右移，不利于優(yōu)化EMI優(yōu)化。那為什么實(shí)際應(yīng)用中，還會(huì)存在2.2MHz這樣的高開關(guān)頻率呢？

難道僅僅是為了減小電感感值和體積，減少輸出電容的容值，減少PCB布板面積等等么？當(dāng)然不是。

以CISPR 25（對應(yīng)GB/T 18655）的RE測試限值為例，在150kHz~30MHz頻段內(nèi)只有150kHz~300kHz、530kHz~1.8MHz、5.9MHz~6.2MHz 三段有限值要求（上圖中的3段紅色實(shí)線），其他無限值要求。

如將Buck電源芯片的開關(guān)頻率fsw設(shè)置為400kHz附近，那么fsw的2倍頻，3倍頻、4倍頻都在530kHz~1.8MHz范圍內(nèi)，那么RE測試比較容易出問題。

如將fsw設(shè)置為2.2MHz附近，那么fsw的2倍頻，3倍頻、4倍頻都取值在無限值要求的頻段，這樣RE測試就比較容易通過。

但是這里也要說明，RE測試的頻段很寬，fsw選擇2.2MHz，雖然在150kHz~30MHz比較容易通過，但會(huì)把壓力傳遞給30MHz~200MHz頻段。因?yàn)樵?0MHz~200MHz 頻段，大部分都有限制要求。如果沒有處理好，有可能會(huì)fail。但此時(shí)已經(jīng)是高次倍頻分量，相比2倍頻、3倍頻、4倍頻，能量已衰減很多。其整改壓力相較于400kHz倍頻在150kHz~30MHz的情況已經(jīng)小了許多。

這里只是說了RE測試，對CE測試有什么影響呢？這個(gè)問題，留給同學(xué)們思考。

總 結(jié)

今天先聊到這里，討論的內(nèi)容比較基礎(chǔ)，但是很有啟發(fā)性。梳理下今天討論的內(nèi)容：

① 詳細(xì)闡述了fsw和Tr與頻譜衰減的關(guān)系圖；

② 增加fsw，-20dB/dec的切換頻點(diǎn)右移，fsw倍頻衰減延遲；

③增加tr，-40dB/dec切換節(jié)點(diǎn)左移，高頻分量衰減加快；

④ fsw在400kHz附近，在RE的150kHz~30MHz頻段容易出問題，如調(diào)整至2.2MHz附近，150kHz~30MHz頻段容易通過，但壓力會(huì)傳遞30MHz~200MHz頻段。

怎么樣？一個(gè)簡短的問題，給出的回答可淺可深。我的助攻只能到這里，能否晉升到陸地神仙境，一劍開天門，就看你的造化了！

審核編輯：湯梓紅