开关电源：抖频（展频）与 随机频率调制

最近在电源公司实习，经常会听到老员工提及使用抖频技术来解决一些问题，对此我是一脸茫然，这也给我的心底打下了一个大大的问号。毕竟做电源也有一段时间了，对于一般性的电源结构和技术虽不能精通，但也算是略有耳闻。每次遇见技术上的盲区我都会记下心来，今天终于有时间进行学习并进行笔记整理。

1.概念

抖频：从字面上来理解也就是开关频率在一定范围内进行波动，也就是说是在一定范围内的变频。

展频：在工程上，将这种能够有效降低开关电源EMI的技术称之为抖频又称之为展频

随机频率调制（RFM）：原理跟效果基本跟抖频一样，但是其添加的频率随机量是没有限定的，而抖频是在固定频率处小范围波动。RFM滤波器设计较难，而抖频由于其频率抖动在一定小范围内,滤波器可以设计在一定带宽范围内。

2.用途

这个技术是用来做什么的呢？

简单来说，就是为了降低电源电路的电磁干扰，以提高开关电源的工作可靠性。

常使用降低EMI的方式有：1）从硬件方向：滤波，减小寄生参数等。2）从软件的方向：调制策略，软件滤波等

具体来说：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 EMI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(称为“频谱搬移”)。与传统的抑制电磁干扰的措施如减较难消除。

从下图（右）频谱图可以看出，通过谐波分析可以得到，谐波集中在开关频率及其倍频处，在开关频率及其倍频处（conventional clock）频谱中谐波幅值已经超过一般限制（regulatory limit），无法达到生产以及使用标准，抖频技术就是使开关频率在固定频率的附近波动（conventional clock），从而将固定频率（conventional clock）谐波的幅值拉低，扩展到波动范围的频谱中，从而让谐波噪声满足一般标准（改变频率不改变能量，能量从一个个离散的频率点分布到了一个连续的区间，从而拉低了固定单点频率（conventional clock）的幅值）。

下图（左）是常使用的频率线性变化范围，为固定频率（16384）的+/-10%，这个范围也是抖频中常使用的范围，一般在这个范围之内均可。工程调试过程中常用+/-6 or -7%.

3.注意事项

3.1 不能影响控制回路的Ts

       控制周期即采样周期会受到开关频率的影响，因此必须在对影响Ts最小的范围内变动，上面的频率变动范围也就是这么来的。

3.2  需保持频率，相位，占空比同步变化

占空比决定了输出电压，因此应当保持占空比不变

3.3 不能产生音频

上图（左）这种频率线性变化，可能会在持续下降或者上升过程中会落入我们人耳所能听到的频率范围（20-20KHz），当落入这个范围后且还持续，能我们人耳就能够听到电源的发出咂咂的声音，这在研发过程中往往是一个无人敢碰的禁区。

为了防止音频意外产生，通常会在这个小范围内，让频率随机波动，目前电源芯片大多已经集成了该功能。

4. 总结

一般来说，采用抖频技术时，由于将离散的频谱分布在一定的频带内,从而使得频谱在一些频段内趋于连续,所以EMI测试曲线在高频段幅值低并且变得光滑,从而辐射即使要求6dB的工程裕量也很容易通过，从上面 EMI传导辐射测试曲线比较中可以明显看出，采用抖频技术减小 EMI的效果很明显。与传统的抑制EMI的方法相比，频率抖动技术采用功率半导体集成芯片内部电路来改善EMI,可以考虑用体积小的滤波器，节省成本。下面是从《抖频--有效降低开关电源EMI噪声容限的技术》论文中截取的两张频谱对比图。可见EMI明显改善。

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