使用 TI 的 DRSS 技术降低汽车应用中的可听噪声

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汽车系统有许多法规和要求，从电磁干扰 (EMI) 到热学再到功能安全，但当涉及到消费者的直接不满时，最重要的一个考虑因素是可听噪声。在这篇技术文章中，我将讨论常见的可听噪声源，以及采用 ti 双随机扩频 (DRSS) 技术的设备如何帮助您消除设计中的可听噪声。
DRSS 概述
故事从EMI开始。汽车 EMI 标准非常严格，尤其是对于降压稳压器等开关模式电源。降压稳压器具有许多有助于降低 EMI 的功能，其中最受欢迎的功能之一是扩频。TI DRSS 技术使用先进技术最大限度地提高扩频性能，同时消除了传统技术的许多缺点。通过结合使用改进的三角调制和伪随机调制，DRSS 实现了每种技术的优点，同时主动抑制了可听频段中的 EMI。
什么是扩频，它是如何工作的？
所有扩频方法都会抖动电源的开关频率，以扩展发射的频谱内容。这可以将最大发射降低约 10 dBµV。扩频不会减少发射中的能量；它只是分散辐射，以在 EMI 波形和辐射限制之间提供更多余量。图 1 说明了这在 EMI 图上的表现。低频图显示第一个峰值（基本开关频率）的扩展和后面的谐波开始混合在一起。高频图显示谐波峰值现在混合成能量平均波形，这在发射和红色限制线之间提供了更多裕度。但是虽然扩频有助于扩展开关频率和谐波的发射，

图 1：无扩频 (a) 和有扩频 (b) 的降压转换器的 EMI 图

三角调制
三角调制是一种流行的扩频方案，它以三角形形状上下抖动开关频率。然而，变化的频率会导致电感纹波幅度发生变化，这会导致峰值或谷值电流控制设备中三角频率处的输出（和输入）电压纹波。不幸的是，三角频率通常在 4 kHz 到 15 kHz 之间，正好在可听区域。
可听频率电压纹波可以通过几种方式产生可听噪声。第一种方法是让纹波在陶瓷电容器（电致伸缩效应）或电感器（松散绕组）中引起物理运动，尤其是在印刷电路板上，它在该频率附近谐振。另一种方式是电容或电感耦合到附近的声音生成电路，例如耳机单元中音频放大器的输入。第三种方式是当开关模式电源为音频生成子系统供电时，纹波可能会渗入音频输出，具体取决于放大器规格和动态余量。
36V 10A LM61495-Q1 汽车降压转换器和其他具有 DRSS 的设备实际上消除了这些可听噪声问题。DRSS 不仅将这种可听频率噪声从音调传播到更像白噪声的东西，而且在它有机会出现在输出电压上之前主动抑制这种可听频率噪声。
图 2 显示了 DRSS 的构建块。TI 开始使用三角调制以实现出色的低频性能，然后调制三角频率以将可听音调峰值扩展为更像白噪声的东西。添加伪随机调制可优化高频扩展。

图 2：构建 DRSS——三角调制的三角调制，顶部有伪随机调制

但这还不是全部。图 3 说明了一个额外的功能，该功能可积极对抗可听频段中的辐射。可听见的频率电压纹波来自电感器电流纹波交流幅度和峰值或谷值电流命令之间的相互作用。有限的环路增益会导致不完美的跟踪，从而产生可听的频率纹波。
DRSS 在每个开关周期根据开关频率预先调整峰值电流命令。换句话说，随着电感纹波幅度的变化，峰值电流命令已经发生变化，以保持稳定的平均电感电流。这种调整消除了由扩频方案和峰值或谷值电流控制之间的相互作用引起的输出（和相关的输入）电压纹波。

图 3：峰值电流补偿跟随开关频率以提供没有额外扩频纹波的输出电压

结论
没有音频输出纹波的降压转换器让您确信您的电容器和电感器不会“唱歌”。您可以创建更紧凑的布局，而无需担心可闻噪声耦合并为敏感的音频设备供电，即使余量很小。选择具有 DRSS 的设备可帮助您获得更好的扩频性能，而无需担心扩频引起的可听噪声，确保良好的 EMI 性能和舒适的乘坐体验。