王红理

频率抖动技术是近年来流行的一种降低电路传导骚

扰和辐射骚扰的技术。抖动频率与固定频率的区别是

：普

通周期信号的频率十分稳定，而抖动频率信号的周期是

按照一定规律变化的，即人为使频率发生抖动。这种技术

也用在数字周期信号电路中，即扩频调制技术。

１频率抖动抗干扰技术

１．１ＥＭＩ测试仪器测试的原理

ＥＭＩ测试仪器本振电路的振荡频率随时间而变化，

因此，它在不同的时间接收的频率是不同的。当本振振荡

器的频率随时间进行扫描时，屏幕上就显示出了被测信

号在不同频率上的幅度，将不同频率上信号的幅值记录

下来，就得到了被测信号的频谱。根据这个频谱，就能知

道被测设备是否有超过标准规定的干扰发射，或产生干

扰的信号频率是多少。

１．２信号的分类以及ＰＷＭ信号的频谱特征

信号有两种主要形式：非周期信号（如数据信号、地

址信号及一些随机产生的信号等）和周期信号（如电源开

关信号、数字周期信号（ＣＬＫ））。周期信号每个取样段的

频谱是一样的，所以其频谱呈离散型，但是强度大，通常

称为窄带噪声。而非周期信号每个取样段的频谱不一样

，

频率抖动技术在开关电源ＥＭＣ设计中的应用

ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦｒｅｑｕｅｎｃｙＪｉｔｔｅｒＴｅｃｈｎｉｑｕｅｏｎｔｈｅＥＭＣＤｅｓｉｇｎｆｏｒＳｗｉｔｃｈｉｎｇＭｏｄｅＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙ

河南理工大学电气工程与自动化学院

国家电子计算机质量监督检验中心

刘志刚汪旭东武韩汪小志

摘要

开关电源中的大电容在开关合闸瞬间产生较大的充电电流。在研究ＥＭＩ测试仪器测试原理的基础上，

提出频率抗干扰技术，并结合某信息类产品的开关电源测试的频谱图，分析了频率抖动技术如何减小ＥＭＩ

以及该技术本身可能带来的骚扰问题和解决方案。

关键词

频率抖动；开关电源；ＥＭＣ；传导骚扰

Ａｂ路由器串联 ｓｔｒａｃｔ

ＴｈｅｍｏｍｅｎｔＳｗｉｔｃｈｉｎｇＭｏｄｅＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙｓｗｉｔｃｈｅｓｏｎｔｈｅｌａｒｇｅｃａｐａｃｉｔｏｒｇｅｎｅｒａｔｅｓｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙｌａｒｇｅｃｈａｒｇｅｃｕｒｒｅｎｔ．

ＴｈｅｎＦｒｅｑｕｅｎｃｙＪｉｔｔｅｒｔｅｃｈｎｉｑｕｅｗａｓｉｓｓｕｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙｊｉｔｔｅｒａｎｔｉ－ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｎｄｔｈｅｔｅｓｔｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆ

ＥＭＩｔｅｓｔｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｐｅｃｔｒｕｍｄｉａｇｒａｍｏｆａＳｗｉｔｃｈｉｎｇＭｏｄｅＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙｏｎａＦＣＲ，ａｎａ－

ｌｙｚｅｄｈｏｗｔｏｍｉｎｉｓｈＥＭＩｅｆｆｅｃｔｂｙＦｒｅｑｕｅｎｃｙＪｉｔｔｅｒｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｗｈｉｃｈａｌｓｏｂｒｏｕｇｈｔｉｎｎｅｗｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｂｙｉｔｓｅｌｆ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ

ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｊｉｔｔｅｒ；ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｍｏｄｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ；ＥＭＣ；ｃｏｎｄｕｃｔｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ

其频谱很宽，而且强度较弱，通常被称为宽带噪声。在开

关电源中脉宽调制（ＰＷＭ）信号通常是具有固定频率的

矩形脉冲，其频谱成分包含有高次谐波，所以在ＰＷＭ信

号的基波及谐波频率上的骚扰水平会比较高。

１．３频率抖动抗干扰技术

开关电源在开关时刻通常容易超过ＥＭＩ限值，而

在其它频率点上却具有较大的裕量。如何降低开关时刻

的ＥＭＩ发射能量，将对应的能量转移到具有ＥＭＩ发射

裕量的那些频段上去，而使整个频率范围内的骚扰能量

不变，这是研究人员需要解决的问题。与传统的抑制电

磁干扰的措施如减小漏感和分布电容

，或者增加一些滤

波器件等技术不一样，频率抖动技术不是从减少分布参

数的工艺角度解决电磁兼容问题，也不是通过滤波使干

扰旁路的方式，而是从ＥＭＩ测试仪器测试的原理出发，

将周期信号的谱线扩宽，利用测量方法中接收带宽一定

的条件，实现“频谱搬移”，使集中的频谱能量分散化，

从而获得比较小的测量值，满足ＥＭＣ容限要求，以解决

ＥＭＣ问题的。因此，可以认为频率抖动是针对测试提出

的一种容易通过测试的对策。频率抖动技术可以使骚扰

水平降低７～２０ｄＢ。频率抖动范围越大，降低骚扰水平的

效果越显著。

４７

２００８．１

ＥＭＩ

２频率抖动技术减小ＥＭＩ的案例

２．１某产品电源端口的传导骚扰

某信息类产品采用ＤＣ２４Ｖ供电，内部工作电路的

５Ｖ工作电压由ＤＣ／ＤＣ开关电源得到，其开关电源原理

图如图１所示（图中省略了电源输出口的滤波电路及后

级电路）。在电源的负载较大时（５００ｍＡ），测试该产品电

源端口的传导骚扰，测试结果如图２所示。

从图２中可以清晰地看到，开关电源的开关频率谐

波小于电源端口传导骚扰的限值要求，但１７４．５７ＭＨｚ频

点的骚扰余量严重超标。

应用频率抖动技术

，并世界上牙齿最多的动物 使产品在正常工作时，电源负

载变为３００ｍＡ，改进后，测试该产品电源端口的传导骚

扰，测试结果如图３所示。

由图３可见，频率曲线变得比较光滑，不像图２那

样有很多频率脉冲尖峰，而且大部分频点的传导骚扰水

平均变低。

图１某产品开关电源原理图

２．２结果分析

当电源负载较小时（即开关频率抖动工作时），大部

分频点的传导骚扰水平会变低，除了电源本身功耗较小

而导致骚扰水平降低外

，更重要的原因是频率抖动产生

后，使原来在固定频率时一些特定频点（谐波频点）上脉

冲出现的次数减少（这里的脉冲是频谱意义上的脉冲，

即在某一个频率点上的一次能量冲击）。把本该集中在

同一频率带的辐射频谱分散到更多的频带

，以降低原来

固定频率时一些谐波频点上的骚扰电平。因为频谱是束

状分布的，束与束之间有很多的空隙。震荡频率抖动的

结果是信号的频谱带宽变宽，峰值降低。同时，进行传导

骚扰测试时使用的接受设备的接收带宽是不变的

，当谱

线变宽时，一部分能量在接收机的接受带宽以外，也会

使测量值变小。频谱曲线变平滑是因为频率抖动使频谱

带宽变宽而分散能量，但是频率带宽大于传导骚扰测试

时的扫描步进（ＳｔｅｐＷｉｄｅ）时，就出现了比较平滑的频

谱曲线。

２．３频率抖动引入的传导骚扰现象与原因

在图３中，意外发现２４０ＭＨｚ频率点传导骚扰水平

因抖动技术反而会变高，超过限值线。这是频率抖动技术

带来的传导骚扰问题。

因为原来固定频率工作时

，能量比较集中在一些（固

定开关频率的基波和谐波）频点上，但是这些集中的频率

点并不在２４０ＭＨｚ的频点上。当频率抖动时，１５０ｋＨｚ频

率点上也分配到了被分散的能量，骚扰水平在这点还有

其他类似的点上变高。同时该产品的传导骚扰限值在

２４０ＭＨｚ频率点上跳变。根据测试标准，当限值在某点上

发生跳变时，取较低的值为限值，所以该点的限值也相对

较低，这也是造成传导骚扰超标的原因。

２．４解决方案

该开关电源在负载较大（５００ｍＡ）时，虽然总体传导

骚扰水平较高，但是还能满足该产品标准中规定的限值

要求，所以，在产品设计时，在电源上接一假负载，使该产

品正常工作时功耗在５００ｍＡ。接上假负载后的传导骚扰

测试频谱图如图４所示，由频谱图可知，测试结果符合标

准的要求。

图２５００ｍＡ负载时的电源端口传导骚扰频谱图

图３３００ｍＡ负载时的电源端口传导骚扰频谱图

图４刷砖 接上假负载后的传导骚扰测试频谱图

（下转第７０页）

４８三国演义阅读感想

２００８．１

＆ＭＡＴＥＲＩＡＬ

编辑：王淑华

Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｓｈ＠ｃｅｓｉ．ａｃ．ｃｎ

编辑：王淑华

Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｓｈ＠ｃｅｓｉ．ａｃ．ｃｎ

ＫｉｍＨＭ，ＫｉｍＫ，ＬｅｅＳＪｅｔａｌ．Ｃｈａｒｇｅｔｒａｎｓｐｏｒｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ

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［２９］

［３０］

［３１］

［３２］

［３３］

［３４］

［３５］巴基斯坦历史

［３６］

［３７］

［３８］

３结论

频率抖动的效果仅使设备的骚扰在较宽的频谱上均

分，而使其易于通过ＥＭＣ测试，它在整个频率范围内的

干扰能量并没有改变。但是该技术已经被管理机构所认

可。因此，它确实是一个使设备顺利通过电磁兼容试验

的、简单易行的方法。该技术特别适用于民用设备，军用

设备需要通过的标准十分严格

，频率抖动技术的作用不

显著，主要还是依靠屏蔽技术和滤波技术。同时，频率抖

动技术也有可能带来传导骚扰，设计产品时需要权衡。

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［２］

［３］

［４］

［５］

［６］

［７］

［１］

（上接第４８页）

电磁兼容性国防科技重点实验室主办的２００８电磁

兼容性技术国际学术交流会（ＩＳＥＭＣＴ－２００８）１月２４日

至２５日在武汉弘毅酒店召开。来自中国、美国、英国、德

国、瑞典、新加坡以及中国香港等国家和地区的１３０多名

代表参加了会议。

大会的第一天和第二天上午安排了大会特邀学术

报告。来自香港大学的Ｗ．Ｃ．Ｃｈｅｗ以及英国诺丁汉大学

的ＣｈｒｉｓｔｏｓＣｈｒｉｓｔｏｐｏｕｌｏｓ介绍了计算电磁学和电磁兼容

２００８电磁兼容性技术国际学术交流会

在武汉召开

仿真方面的内容；来自美国伊利诺依大学的Ｊｉａｎ－Ｍｉｎｇ

Ｊｉｎ和美国杜克大学的Ｑｉｎｇ－ＨｕｏＬｉｕ针对时域方法在

ＥＭＣ中的应用作了深入研究；来自新加坡的Ｅｒ－ＰｉｎｇＬｉ

和中国电磁兼容性国防科技重点实验室的郑生全对混

响室的仿真与设计进行了讨论。在分组讨论期间，各国

学者针对两个方面进行了讨论：一个是电磁环境预测仿

真及干扰控制技术；另一个是电磁危害防护及电磁兼容

测试、标准。

７０