開關(guān)電源對車載收音機(jī)AM信號(hào)干擾的研究

李銷,冉光偉,李嘉潔，林積涵,蘇偉坤

(廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

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開關(guān)電源對車載收音機(jī)AM信號(hào)干擾的研究

李銷,冉光偉,李嘉潔，林積涵,蘇偉坤

(廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

車載收音機(jī)主要包括收音和開關(guān)電源等模塊，國內(nèi)收音AM的頻率范圍為531～1 629 kHz,目前開關(guān)電源芯片的開關(guān)頻率一般為幾百千赫茲。當(dāng)開關(guān)電源的工作頻率或者其2～3倍工作頻率恰好在收音頻段，則開關(guān)電源的開關(guān)噪聲會(huì)干擾收音信號(hào)，從而影響收音效果。因此，在選擇和設(shè)計(jì)開關(guān)電源的頻率時(shí)，需考慮將開關(guān)頻率調(diào)到其他頻率，從而避免其對AM搜臺(tái)的影響。提出一種針對AM頻段不同頻點(diǎn)而采用電源不同開關(guān)頻率的方案來解決開關(guān)電源對當(dāng)前AM信號(hào)干擾的難題。

車載收音機(jī);AM頻段;開關(guān)電源;信號(hào)干擾

0　引言

車載收音機(jī)很容易受到內(nèi)外部各方面的噪聲影響，導(dǎo)致收音效果不佳，因此，減少來自收音機(jī)內(nèi)部的噪聲干擾是控制噪聲有效方法之一。而收音機(jī)內(nèi)部的噪聲干擾主要來自開關(guān)電源，故降低開關(guān)電源對收音效果的影響成為重中之重。目前車載收音機(jī)中使用的開關(guān)電源大多數(shù)是使用開關(guān)電源頻率在收音頻段的開關(guān)電源，通過濾波電路減少開關(guān)頻率的噪聲，從而減少開關(guān)電源對收音機(jī)模塊的影響；或是直接選擇開關(guān)頻率(或其2～3倍頻率)不在收音頻段內(nèi)的開關(guān)電源芯片，但該種開關(guān)電源芯片的可選擇性很低。

1　AM調(diào)幅收音原理

調(diào)幅(AM)是使載波的振幅隨調(diào)制信號(hào)的幅度變化而變化，該過程如圖1所示。 AM包括了調(diào)制信號(hào)以及載波信號(hào)，它倆經(jīng)過幅度調(diào)制電路得到調(diào)幅波。其中調(diào)制信號(hào)就是實(shí)際需要傳輸?shù)挠杏眯盘?hào)；載波信號(hào)就是一定頻率的正弦波，國內(nèi)的AM載波信號(hào)范圍531～1 629 kHz。

調(diào)幅式收音機(jī)的工作原理如圖2所示。輸入回路就是用線圈與可變電容器并聯(lián)形成的調(diào)諧回路。調(diào)諧回路的電感和電容參數(shù)決定了頻率調(diào)諧范圍。變頻器由混頻、本機(jī)振蕩和選頻3個(gè)電路組成，其主要作用是把輸入的不同頻率的高頻信號(hào)變換成固定的中頻信號(hào)。檢波器一般由本振回路和選頻電路組成，本振回路產(chǎn)生等幅高頻振蕩信號(hào)，振蕩頻率總是比輸入的電臺(tái)信號(hào)高出一個(gè)中頻；選頻電路就是把對應(yīng)的調(diào)制信號(hào)解調(diào)出來。低頻放大器主要任務(wù)是把音頻信號(hào)進(jìn)行放大，使功放級得到更大的音頻信號(hào)電壓，使收音機(jī)有足夠的音量。功率放大器把放大后的音頻信號(hào)進(jìn)行功率放大，以推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。

2　開關(guān)電源的工作原理

車載收音機(jī)用到的開關(guān)電源基本都是降壓式變換器，故文中主要介紹降壓式開關(guān)電源。降壓式開關(guān)電源內(nèi)部原理圖如圖3所示。

圖中，Q為開關(guān)管，其驅(qū)動(dòng)電壓一般為PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制)信號(hào)，信號(hào)周期為Ts，則信號(hào)頻率為f=1/Ts，導(dǎo)通時(shí)間為Ton，關(guān)斷時(shí)間為Toff，則周期Ts=Ton+Toff，占空比Dy=Ton/Ts。電感L和電容C組成低通濾波器，此濾波器設(shè)計(jì)的原則是抑制高頻的諧波分量輸出。續(xù)流二極管D1為在V關(guān)斷時(shí)給負(fù)載中的電感電流提供通道。

由此可見：開關(guān)電源工作時(shí)，需要有一定頻率的PWM波激勵(lì)。當(dāng)該P(yáng)WM波的頻率較大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生該頻率的1次、2次、3次甚至4次倍頻的干擾噪聲。應(yīng)用電路就會(huì)受到該噪聲的影響，導(dǎo)致電路不能正常工作或者性能變差。

3　開關(guān)電源IC外圍電路設(shè)計(jì)原理

主要以TI的TPS54260開關(guān)電源芯片為例子介紹開關(guān)電源IC的外圍電路設(shè)計(jì)。TPS54260的引腳定義圖如4所示。

該芯片共有10個(gè)引腳，引腳1和引腳10通過一個(gè)電容連接起來，該電容主要是為了配合芯片內(nèi)部(或外部)的自舉二極管和低端門級驅(qū)動(dòng)器同步驅(qū)動(dòng)；引腳2是電源輸入引腳；引腳3是電源使能引腳，其電平高低決定了開關(guān)電源是否工作；引腳4外接一個(gè)電容到地，該電容的大小決定了延遲時(shí)間；引腳5是外部時(shí)鐘震蕩口，可通過接不同阻值的電阻到地，得到不同的時(shí)鐘頻率；引腳6是開漏輸出，一般懸空處理；引腳7是內(nèi)部基準(zhǔn)電壓輸出；引腳8是故障輸出，通過一個(gè)電容連接到地；引腳9是地；引腳10是電源輸出。該芯片的一般應(yīng)用電路圖如圖5所示。

圖4TPS54260的引腳定義圖

由此可見，開關(guān)電源工作的時(shí)候，主要是由一定頻率的PWM波來驅(qū)動(dòng)的，該P(yáng)WM波的頻率大小又和芯片的引腳5外接電阻密切相關(guān)。即可以通過改變該電阻阻值的大小，去改變開關(guān)電源的頻率。圖6是該電阻阻值大小與開關(guān)頻率大小的關(guān)系圖?？梢钥闯觯篟T/CLK引腳可以接的到地電阻阻值范圍為40～1 200 kΩ，其對應(yīng)的開關(guān)頻率范圍為100～2 500 kHz，且每一個(gè)電阻值對應(yīng)一個(gè)開關(guān)頻率。

4　改善車載收音機(jī)AM頻段受開關(guān)電源的影響

國內(nèi)車載收音機(jī)的AM頻段范圍是531～1 629 kHz，該頻率能夠落在開關(guān)電源的大多數(shù)開關(guān)頻率上。但當(dāng)AM收音頻點(diǎn)和開關(guān)電源的開關(guān)頻率的1倍或2倍甚至3倍頻率剛好一致時(shí)，則此時(shí)的AM臺(tái)將會(huì)產(chǎn)生很大的干擾噪聲，喇叭會(huì)發(fā)出嚴(yán)重的吱吱聲或者嘯叫聲，該噪聲是任何車主均無法忍受的事情，故必須改善該問題。

目前的開關(guān)電源芯片的開關(guān)頻率基本都是在幾百千赫茲，當(dāng)電源開關(guān)頻率或者2～3倍頻率恰好在收音頻段，則開關(guān)電源會(huì)干擾收音信號(hào)，從而影響收音效果。故在選擇和設(shè)計(jì)開關(guān)電源的開關(guān)頻率時(shí)，需要將開關(guān)頻率跳到其他頻率，從而避開其對收音機(jī)的當(dāng)前AM搜臺(tái)的影響。

文中主要是采用廣泛使用的開關(guān)頻率可變的開關(guān)電源芯片，通過兩個(gè)頻率之間的切換，間接跳開當(dāng)前收音頻率。例如，當(dāng)開關(guān)頻率分別為300和500 kHz，它們的2、3倍頻分別為600、900 kHz和1 000、1 500 kHz，若當(dāng)前AM收音頻率在600、900 kHz的時(shí)候，就將開關(guān)電源的頻率切換到500 kHz；若當(dāng)前的AM收音頻率在1 000、1 500 kHz的時(shí)候，就將開關(guān)電源的頻率切換到300 kHz。從而避免了開關(guān)電源對當(dāng)前AM收音的影響。

該技術(shù)方案原理圖詳見圖7，主要包含開關(guān)電源芯片(元件5)、普通N溝道增強(qiáng)型MOS管(元件2)、開關(guān)電阻一(元件4)、開關(guān)電阻二(元件3)。開關(guān)電源芯片(元件5)TPS54260的開關(guān)頻率和它的第五腳連接的接地電阻有關(guān)。而它的接地電阻的阻值與單片機(jī)控制信號(hào)1、N溝道增強(qiáng)型MOS管、開關(guān)電阻一、開關(guān)電阻二有關(guān)。當(dāng)單片機(jī)控制信號(hào)控制MOS管導(dǎo)通時(shí)，則它的接地電阻為開關(guān)電阻一和開關(guān)電阻二的并聯(lián)電阻；當(dāng)單片機(jī)控制信號(hào)控制MOS管關(guān)斷時(shí)，則它的接地電阻為開關(guān)電阻一的電阻。

當(dāng)收音機(jī)工作在某個(gè)頻率時(shí)，單片機(jī)判斷這個(gè)頻率是否在當(dāng)前開關(guān)電源的工作頻率(包括其2、3倍頻)周圍，若是，則單片機(jī)通過控制信號(hào)打開或者關(guān)閉MOS管改變當(dāng)前開關(guān)電源的第五腳連接的接地電阻，從而改變當(dāng)前的開關(guān)電源的工作頻率，讓收音機(jī)的收音頻率不在開關(guān)電源的工作頻率(包括其2、3倍頻)周圍，避免收音機(jī)被開關(guān)電源影響。具體的軟件判斷流程見圖8。首先，收音機(jī)獲取當(dāng)前所播放的AM臺(tái)的頻率以及當(dāng)前開關(guān)電源所用的開關(guān)頻率；然后判斷當(dāng)前AM播放的頻率是否在開關(guān)電源開關(guān)頻率的1、2、3倍頻附近；如果是，則改變當(dāng)前開關(guān)電源的開關(guān)頻率，AM頻率避開開關(guān)電源的1、2、3倍頻，以減少開關(guān)電源的開關(guān)噪聲對AM的干擾；如果不是，則返回繼續(xù)判斷。

5　結(jié)論

基于通用的開關(guān)電源芯片在車載收音機(jī)的應(yīng)用，提出利用MOS管切換不同的匹配電阻阻值得到不同的開關(guān)頻率的方案。

該方案的電路簡單，性能穩(wěn)定，實(shí)用性強(qiáng)，能有效減少開關(guān)電源芯片對車載收音機(jī)AM頻段的干擾。相對于其他固定頻率的開關(guān)電源芯片，該方案更加通用，對開關(guān)電源芯片的可選擇性有很大的提高，具有更加廣泛的應(yīng)用場景和較好的市場前景。

【1】趙效敏.開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].上海:上?？茖W(xué)普及出版社,1995.

【2】錢振宇.開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計(jì)與測試[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006.

【3】趙同賀.開關(guān)電源設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例[M].北京:人民郵電出版社,2007.

【4】陳永全.收音機(jī)的選擇性和諧振電路[M].北京:人民郵電出版社,1979.

【5】裴云慶.開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)和應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

Study on the Interference of Switching Power Supply to the AM Signal of Car Radio

LI Xiao,RAN Guangwei,LI Jiajie,LIN Jihan,SU Weikun

(The Automotive Engineering Institute of Guangzhou Automobile Group Co., Guangzhou Guangdong 511434,China)

The car radio includes radio module and switching power supply module. The frequency range of domestic radio AM is 531～1 629 kHz and the switching frequency of the switching power supply chip is generally several hundred kHz. If the switching power supply’s working frequency or its two or three times working frequency are just in the radio band，the switching noise will interfere the radio signals. Therefore,when selecting and designing switching power supply, it is necessary to consider the switching frequency , so as to avoid the influence to AM signal. A scheme was put forward to solve the interference problem of switching power supply to the AM signal,which was based on the different frequency points of the AM and the different switching frequency of the power supply.

Car radio;AM frequency band; Switching power supply; Signal interference

2016-05-12

廣東省粵港共性技術(shù)招標(biāo)項(xiàng)目專項(xiàng)資金支持項(xiàng)目(2013B010138002 )

李銷(1989—)，男，學(xué)士，助理工程師，主要從事車載電子產(chǎn)品的硬件開發(fā)工作。E-mail：454945518@qq.com。

U463.97

A

1674-1986(2016)07-030-04