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抖频技术对传导EMI抑制效果的影响研究综述

news 2026/4/18 1:36:27

抖频技术对传导EMI抑制效果的影响研究综述

摘要：随着开关电源向高频化发展，传导电磁干扰（EMI）的抑制成为关键挑战。抖频调制（Frequency Jitter）技术通过扩展开关噪声的频谱能量，成为经济有效的抑制手段，其效果核心取决于调制频率（fm）与调制系数（mf）两大参数。现有研究虽广泛探讨了这两个参数对理想频谱的影响规律，但在评估其实际传导EMI抑制效能时，普遍忽略了标准测试中线路阻抗稳定网络（LISN）及其特定带通滤波器带宽（如CISPR 22规定的9kHz）这一关键测量约束。LISN的带宽本质是一个测量窗口，会直接影响对分散后频谱能量的捕获与读数，从而使得在理想频谱分析中得到的参数优化结论与实际测量结果之间产生偏差。本综述系统梳理了抖频调制技术的基本原理及fm、mf参数的影响机制，重点评述了现有研究在考量LISN测试条件方面的不足，进而指出：在精确纳入LISN带通滤波器带宽特性的前提下，重新建立抖频调制参数与最终传导EMI测量值之间的定量关系模型，对提升抖频技术的应用效能具有明确的理论与实际意义。

1引言

开关电源（switch-mode power supply）相较于线性电源具有诸多优势，包括更高的效率、更小的体积重量，以及能够将输出电压提升至高于输入电压。但这些优势也带来了显著缺陷——噪声问题。由于较高的dv／dt和di／dt、电路中存在的寄生电感和电容使开关电源的电磁干扰噪声较难消除。一般在EMI测试结果中可以发现，开关电源在开关时刻通常容易超过EMI限值，而在其它频率点上却往往具有较大的裕量。因此人们又从另一角度开发新的EMC技术：如何通过各种方式降低开关时刻的EMI发射能量，将对应的能量移到具有EMI发射裕量的那些频段上去。与传统的抑制电磁干扰的措施如减小漏感和分布电容，或者是增加一些滤波器件等技术相比。频率抖动(jitter frequency)技术[1]不是从减少分布参数这种极难的工艺角度解决电磁兼容问题，也不是采用滤波这样的使干扰旁路的方式，这样的设计方式不仅增加设备重量与成本，还常残留开关电流导致系统无法通过电磁兼容性测试[2]，而是从EMI测试仪器测试的原理出发，使集中的频谱能量分散化的角度来实现“频谱搬移”，可为合规提供解决方案，既无需增加滤波成本，也可解决电磁兼容问题。

2 抖频调制技术抑制传导EMI的基本原理

2.1. 传导EMI的产生与测试基础

在开关电源中，EMI问题主要取决于三要素：干扰源、噪声传播路径（Noise Path）、EMI接收机。传导干扰可以分为共模干扰和差模干扰两种。共模噪声（Common Mode Noise，CM Noise），又称为对地噪声或同步噪声，是指存在于两根电源线与地之间的噪声，共模噪声主要由快速电压变化即dv/dt引起。差模噪声（Differential Mode Noise，DM Noise），又称为常模噪声或线路间噪声，是存在于两根电源线之间的噪声。这种类型的噪声是由于噪声源对电源线以串联的方式进入，且噪声电流的方向与电源电流的方向相同，但由于在往返路径上方向相反，因此被称为“差模”。

一般而言噪声源主要是产生在待测试的电子设备，然后通过与之相连的电源线传递到周围的公共电源网络中，从而对电源网络中的其他电子设备产生影响。这里的电源噪声会经过连接在公共电源网络和待测试电子设备之间的线性阻抗稳定网络（Line Impedance StabilizationNetwork，LISN），接着就会被LISN提取到，然后被连接在LISN上面的频谱仪测试，最终得到噪声源的EMI测试图，并测得的信号包括线与线之间的差模信号VCM，以及线与地之间的共模信号VDM,如图2-1所示。

图2-1 差模和共模信号噪声传播路径

在电子设备的传导电磁干扰噪声的测试中，LISN都是必不可少的一环，它的主要作用是滤除公共电源网络中的噪声，确保待测试噪声的准确性，并且确保电子设备的噪声能够被EMI频谱分析仪所接收，最后显示出最后的频谱分析图。图1-2就是LISN简化的内部结构示意图，在整个电路结构中Lf和Cf形成了低频段的滤波结构网络，这个结构的主要作用是使得低频的输入信号能够顺利地通过LISN，这部分的噪声是不希望被采样到的，因为这里的噪声频率不够高，而开关电源产生的高频噪声信号是会被呈现在EMI频谱分析仪上的，这部分的噪声信号会通过高频的耦合电容Cc，最后被后面的检测电阻Rs采样接收到，使被测设备产生的高频干扰能很好地耦合至测量接收机[3]。EMI的频谱分析仪接收来自VL和Vs检测得到的电磁干扰幅值，它的单位为dBµV。在这里，差模和共模的电压分别被定义为

上式中，VL和Vs分别指代电阻RL和Rs两端产生的电压。

图1-2 LISN简化的内部结构示意图

2.2. 电磁干扰测试标准

目前，国际无线电干扰特别委员会（CISPR）为美国联邦通信委员会（FCC）分别制定的CISPR22和FCC标准已分别在欧洲和北美使用。欧洲的EN55022标准等同于CISPR22标准。A级为工业级，B级为民用级，B级标准比A级标准严格。其中150kHz～30MHz为传导测量范围30MHz～1GHz为辐射测量范围[1]，具体如下表所示。

图2-4 频率调制

文献[4]研究了三种基本调制信号（正弦波、指数波和三角波），由这三种信号调制后的典型频谱特征可知：当未调制信号的幅度设定为0dB时，调制信号的最大幅度反映了频率调制引起的峰值幅度衰减程度。由于三角调制信号具有平坦边带谐波频谱，因此在相同调制系数mf下，其峰值幅度衰减程度应高于另外两种信号。与非调制信号相比，频率调制信号的峰值幅度衰减程度与mf成函数关系，且与调频频率fm无关，该衰减程度mf升高而增强。如图2-5所示，时域(左)显示了调制三角波形的一个周期，其中fC是载波（开关）频率，fm是调制频率，而ΔfC是开关频率偏离fC的距离。频域（右）可以直观看出来频谱能量调制后在开关周围展开而降低了。

图2-5 时域和频域调制

3抖频调制参数对传导EMI影响的研究现状

3.1调制频率（fm）的影响研究

文献	方法	核心电路	关于fₘ影响的主要结论
[5]	三角波调制	反激	调制频率需与反馈环路穿越频率匹配。当调制频率小于穿越频率时，调制被环路完全抑制，EMI无改善；当调制频率大于穿越频率的前提下，调制系数mf越大，频谱扩展越宽，EMI峰值降低越显著。如图3-1，3-2