【導(dǎo)讀】作為基礎(chǔ)內(nèi)容,先簡單介紹一下“何謂頻譜?”。根據(jù)日文版“大英百科全書 小項目版(支持電子版)”的解釋,“將電磁波分解為正弦波分量,并按波長順序排列的波譜”,將該釋義擴展開來就是“將具有復(fù)雜組成的東西分解為單純成分,并把這些成分按其特征量的大小依序排列(部分省略)”。
上一篇以“差模噪聲與共模噪聲”為題對EMC的基礎(chǔ)–EMC相關(guān)的術(shù)語意義進行了解說。本文將介紹“頻譜基礎(chǔ)”。
作為基礎(chǔ)內(nèi)容,先簡單介紹一下“何謂頻譜?”。根據(jù)日文版“大英百科全書 小項目版(支持電子版)”的解釋,“將電磁波分解為正弦波分量,并按波長順序排列的波譜”,將該釋義擴展開來就是“將具有復(fù)雜組成的東西分解為單純成分,并把這些成分按其特征量的大小依序排列(部分省略)”。雖然所引用的解釋比較簡短,不過再次仔細思考就會覺得“的確如此”。
這里介紹的頻譜是指電氣信號的頻譜。具體來說,是基于通稱“頻譜分析儀/Spectrum Analyzer”的頻譜分析儀器的數(shù)據(jù)(橫軸作為頻率,縱軸作為功率或電壓)進行介紹。
頻譜基礎(chǔ)
本文的主題是“開關(guān)電源的EMC”,因此電氣信號是以開關(guān)信號為前提的。首先來看下面的原理示意圖。在表示開關(guān)信號的脈沖波形中,包括tw(脈沖寬度)和ts(上升/下降時間)。
中間的圖是基于傅里葉變換的理論上的脈沖波形頻譜。這是“振幅隨著頻率的升高而衰減,衰減斜率隨著tw和ts而變化”的常見頻譜。
右圖表示脈沖的ts延遲后的頻譜變化。斜率變?yōu)?40dB/dec時的1/πts頻率降低是理所當(dāng)然的,最終結(jié)果是其后的振幅減少。簡而言之就是“當(dāng)ts延遲時頻譜的振幅衰減”。
接下來將使用實際的頻譜分析儀數(shù)據(jù)來看頻率等其他參數(shù)變化時的頻譜變化。這里的關(guān)鍵點是“對于信號波形的變化,頻譜將以怎樣的趨勢變化”。這是用來通過實際的開關(guān)電源電路的開關(guān)相關(guān)的頻譜來分析并解決EMC問題所必須的知識。
波形變化與頻譜變化
前面給出的圖是用來比較的默認條件下的數(shù)據(jù)。下面波形圖中的條件是:振幅10V,頻率400kHz,Duty(占空比)50%,tr/tf(上升時間/下降時間)10ns。
中間的圖表示n次諧波和振幅(V)的關(guān)系。1倍的頻率=基波,也就是說400kHz的分量最大,以奇數(shù)倍的頻率形成頻譜。
諧波僅為奇數(shù)次是Duty為50%=1:1的頻譜特征。各分量的大小為基波分量的1/次數(shù),例如3次諧波分量為1/3,n次諧波分量為1/n。
右圖是振幅為dBµV的對數(shù)曲線圖。順便提一下,dBμV是基于以1µV電壓為基準的電壓比的dB值。
①將頻率變更為2MHz時的頻譜。從頻率-振幅(dBµV)關(guān)系圖可以明確看出,當(dāng)頻率增加時振幅整體增加。
②tr和tf同時延遲為100ns時的頻譜。結(jié)果如原理示意圖所示,進入-40dB/dec衰減時的頻率降低,頻譜的振幅衰減。
③將Duty50%變?yōu)?0%時的頻譜。由于Duty不是1:1,因此會產(chǎn)生偶次諧波,但峰值基本上沒變化。隨著脈沖寬度tw變窄,基波頻譜的振幅衰減。
④僅tr(上升時間)延遲時的頻普。tr相關(guān)的分量因tr延遲而從更低的頻率開始衰減。
下面匯總了每種情況的結(jié)果??偠灾?,當(dāng)頻率較低且上升/下降較慢時,頻譜會衰減。從EMC的角度來看,也就是頻譜的振幅較低時更有利。
另外,這里的“頻譜”是指英語的“Spectrum”。雖然這并非本文主題,但稍微介紹一下僅作為了解。
(來源:ROHM,作者:ROHM)
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