用混沌信号调制开关变换器降低EMI实现方法研究

摘 要 本文介绍了应用混沌信号对开关变换器调制降低EMI的实现方法。分析了及频率调制的原理，设计了基于混沌频率调制的双管正激变换器样机，采用蔡氏电路产生的混沌信号对开关变换器进行调制，得出了几种不同实现方法的优劣，试验结果表明VC2+Vref合成信号调制效果最好。

关键词 频率调制 电磁干扰 蔡氏电路 混沌信号

图分类号：TM46 文献标识码：A

0 引言

开关变换器在工作过程中会产生一定的电磁干扰（EMI），变换器的高频及高功率密度化也使变换器内部的电磁环境愈加复杂。开关电源是所有电子设备的核心部分，必须满足一定的电磁兼容标准，以保证电源本身产生的电磁干扰抑制在一定的范围之内。根据我国的标准法电磁兼容性标准是强制性的国家标准和行业标准，假如设备不符合相关的行业标准将不允许生产和销售。最近几年兴起的基于频率调制的扩频技术能够有效地从源头上降低电磁干扰，使开关变换器顺利通过EMC检测。

1 混沌信号进行扩频调制的原理

1.1 混沌信号的生成

蔡氏电路是能产生混沌现象的一族电路中的一个，这一族电路通常命名为蔡氏振荡器。它结构由几个线性元件（电阻、电容及电容）及一个非线性电阻组成，通过改变系统参数的初始值可使系统工作于不同的状态，当系统的参数取值为某些特定的值时系统可稳定工作在混沌状态。

非线性电阻RN可由两个运放来实现，具体实现方式如图2来表示。

我们用C2端的混沌信号来对开关变换器扩频调制，C2端的混沌信号及频谱图如图3所示。

由波形图可以看出混沌信号是一个有界有序非周期性的一个波形，其频谱是连续分布的，带宽范围约为0～10kHz，频谱峰值处的频率值为2.5kHz。

1.2 频率调制的原理

开关变换器的波形频谱除了基波频谱外还包含有无数谐波频谱，这些频谱的幅度大小决定了其能量及电磁干扰的大小。扩频调制就是把这些各次谐波点上离散的频谱扩展到相邻的边带上，把原来集聚于某一点的能量分散到相邻的带宽上，达到降低频谱幅值、减小干扰的目的。因为混沌信号是有界有序的非周期性信号，是确定的系统的内在特性的外在随机反应，信号由无数个周期性的不同频率的运动相叠加，因此用傅里叶展开时可得混沌信号的功率谱为连续分布。用其对开关变换器进行扩频调制时可把频谱扩展到一个连续分布的频带上，起到比较好的降幅降噪作用。由上一小节的试验可得知本文所用的混沌信号频率不是某个固定的值而是连续变化的，信号的频谱是连续分布的，符合上述要求，因此用来频率调制从而达到限幅降噪的要求。

频率调制后第n次谐波的带宽可由卡森规则来计算：

从卡森规则可看出谐波的阶次越高，频谱展开的带宽愈宽，最后会出现阶次较高的频谱扩频后，前后相邻的谐波边带上有相互重叠的部分，也即扩频效果随着阶次的增加而更好，频谱幅值更均衡。

2 频率调制方法的实现

由香农采样定理，采样频率要大于采样信号带宽的2倍，就可以将原来的连续信号完全地重建出来，本文设计的开关频率为57kHz，混沌信号带宽范围约为0～10kHz，频谱峰值处的频率值为2.5kHz，符合采样要求。在实用电路中一般将调制后的混沌信号输入到PWM控制芯片的同步端（Sync）或决定开关频率的振荡电路RT端，实现对输出驱动信号的混沌调制，使功率管波形频谱转换成连续分布模式，达到降低功率谱幅值，降低EMI的目的。图4中混沌信号经跟随器后可直接加入到UC3846的Sync端或RT端，也可与确定开关频率的基准输出电压Vref相加后再经过R0加入到Sync端或RT端来实现调制，也即如图中的开关所示共有13、14、23、24四种组合方式的调制实现方法。

3 试验结果

TEKTRONIX TDS1012数字示波器具有傅里叶变换功能，采用其对开关变换器空载时的驱动PWM信号功率谱进行分析，图5是变换器未加入混沌信号调制空载情况下的开关管驱动波形及频谱图，波形表明其频谱能量是分布在基波及各次谐波的离散点上。

4 结束语

参考文献

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