电源提示：汽车 EMI 频率抖动，并不一定是坏事

一位汽车设计工程师最近向我们的团队提出了一个问题：在他们设计的固定频率降压稳压器的传导 EMI 测量期间，他无法满足国际无线电干扰特别委员会 (CISPR) 25 5 类电磁干扰 (EMI) 标准。让我简要回顾一下前面提到的一些 EMI 术语：

· EMI 是信号从一个电路到另一个电路或系统的不希望的耦合。由于剧烈的电压转换、二极管反向恢复电流和无源寄生元件的振荡，EMI 与任何开关模式电源 (SMPS) 相关。

· 传导 EMI 是通过寄生阻抗、电源和接地连接的传导耦合。

· CISPR 25 是一种 EMI 标准。EMI 标准可能因地理区域和应用而异。5 类是 CISPR 25 标准中最严格的子类别。

设计工程师尝试过滤和优化布局，但仍然未能达到 CISPR 25 Class 5 的平均限制几分贝微伏。除电视频段（41MHz 及以上）外，所有 CISPR 25 等级的平均限制通常比峰值限制严格 20dB。在这里，他们以充足的利润满足了峰值限制。

由于工程师提到他使用固定频率降压转换器几乎没有超出平均限制，因此想到了频率抖动（也称为扩频）设备。

在固定频率开关转换器中，辐射集中在开关频率及其谐波处。平均排放非常接近峰值。相反，启用频率抖动的开关转换器将发射分布在一个频率范围内（通常为开关频率的 ±5%）；因此，发射不会集中在特定频率上。这实际上并没有降低峰值噪声能量水平，但平均水平大致降低了扩频宽度与 9kHz（对于低于 30MHz 的所有测量）EMI 接收器带宽的比率。就分贝测量而言，减少量大约是带宽比对数的 10 倍。例如，使用 9kHz 带宽的接收器，在 80kHz 带宽上传播的噪声将显示出大约 9dB 的降低。

图 1：固定频率和频率抖动之间的传导发射比较

我们的团队决定使用 LM5088 进行设计，这是一款具有频率抖动和固定频率功能的非同步降压控制器。在构建和测试评估板的功能之后，我们在 150kHz 至 1.8MHz 的范围内（覆盖主要的 AM 频段）进行了 EMI 测量。图 2 是频谱分析仪屏幕截图。

图 2：频率抖动有助于满足 CISPR 25 EMI 标准，因为信号远低于平均限制

从图 2 中，我们可以看到平均排放量（绿色）低于 CISPR 25 Class 5 的平均限值（蓝色）。1.19MHz 处的最大峰值为 28.23dBµV，该频段的平均限制为 34dBµV，留有相当大的余量。

为确保频率抖动有助于满足 EMI 标准，我们禁用了频率抖动，启用了固定频率并重复了传导 EMI 测试。请参见图 3。

图 3：固定频率 LM5088 不符合 CISPR 25 Class 5，因为至少三个峰值超过了限制

图 3 显示了至少三个违规行为。在 1.18MHz 时最大峰值为 48.27dBµV，比 CISPR 25 Class 5 平均限值高约 14dBµV，因此不符合标准。

如果我们仔细查看图 2，启用频率抖动的 LM5088 在 1.18MHz 处达到峰值，并将其分布在一个小范围的频率上，从而降低了平均信号的峰值。

LM5088高压非同步降压控制器具有所有必要的功能，可使用最少数量的外部元件实现高效高压降压转换器。LM5088可配置为在4.5 V至75 V的超宽输入电压范围内工作。这种易于使用的控制器包括一个能够控制外部N通道降压开关的电平移位门驱动器。该控制方法基于利用模拟电流斜坡的峰值电流模式控制。仿真控制斜坡的使用降低了脉宽调制电路的噪声敏感性，允许可靠地控制高输入电压/低输出电压应用中所需的非常小的占空比。LM5088开关频率可编程范围为50 kHz至1 MHz。

LM5088有两种版本：LM5088-1提供+/-5%频率抖动功能，以减少传导和辐射EMI，而LM5088-2提供多功能重启定时器，用于过载保护。其他功能包括一个低压差偏置稳压器，三电平使能输入控制关机和待机模式，软启动和振荡器同步能力。该设备采用热增强型HTSSOP-16引脚封装。

这是仅违反平均限制时的一个很好的示例，仅频率抖动就可以使我们的传导 EMI 符合要求。LM5088 等其他器件具有频率抖动功能，可帮助我们满足设计的 EMI 规范。