李銷,冉光偉,李嘉潔，林積涵,蘇偉坤

(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

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開關電源對車載收音機AM信號干擾的研究

李銷,冉光偉,李嘉潔，林積涵,蘇偉坤

(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

車載收音機主要包括收音和開關電源等模塊，國內收音AM的頻率范圍為531～1 629 kHz,目前開關電源芯片的開關頻率一般為幾百千赫茲。當開關電源的工作頻率或者其2～3倍工作頻率恰好在收音頻段，則開關電源的開關噪聲會干擾收音信號，從而影響收音效果。因此，在選擇和設計開關電源的頻率時，需考慮將開關頻率調到其他頻率，從而避免其對AM搜臺的影響。提出一種針對AM頻段不同頻點而采用電源不同開關頻率的方案來解決開關電源對當前AM信號干擾的難題。

車載收音機;AM頻段;開關電源;信號干擾

0　引言

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

1　AM調幅收音原理

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

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

2　開關電源的工作原理

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

圖中，Q為開關管，其驅動電壓一般為PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調制)信號，信號周期為Ts，則信號頻率為f=1/Ts，導通時間為Ton，關斷時間為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，此濾波器設計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關斷時給負載中的電感電流提供通道。

由此可見：開關電源工作時，需要有一定頻率的PWM波激勵。當該PWM波的頻率較大時，就會產生該頻率的1次、2次、3次甚至4次倍頻的干擾噪聲。應用電路就會受到該噪聲的影響，導致電路不能正常工作或者性能變差。

3　開關電源IC外圍電路設計原理

主要以TI的TPS54260開關電源芯片為例子介紹開關電源IC的外圍電路設計。TPS54260的引腳定義圖如4所示。

該芯片共有10個引腳，引腳1和引腳10通過一個電容連接起來，該電容主要是為了配合芯片內部(或外部)的自舉二極管和低端門級驅動器同步驅動；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電源是否工作；引腳4外接一個電容到地，該電容的大小決定了延遲時間；引腳5是外部時鐘震蕩口，可通過接不同阻值的電阻到地，得到不同的時鐘頻率；引腳6是開漏輸出，一般懸空處理；引腳7是內部基準電壓輸出；引腳8是故障輸出，通過一個電容連接到地；引腳9是地；引腳10是電源輸出。該芯片的一般應用電路圖如圖5所示。

圖4TPS54260的引腳定義圖

由此可見，開關電源工作的時候，主要是由一定頻率的PWM波來驅動的，該PWM波的頻率大小又和芯片的引腳5外接電阻密切相關。即可以通過改變該電阻阻值的大小，去改變開關電源的頻率。圖6是該電阻阻值大小與開關頻率大小的關系圖?？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，其對應的開關頻率范圍為100～2 500 kHz，且每一個電阻值對應一個開關頻率。

4　改善車載收音機AM頻段受開關電源的影響

國內車載收音機的AM頻段范圍是531～1 629 kHz，該頻率能夠落在開關電源的大多數(shù)開關頻率上。但當AM收音頻點和開關電源的開關頻率的1倍或2倍甚至3倍頻率剛好一致時，則此時的AM臺將會產生很大的干擾噪聲，喇叭會發(fā)出嚴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。

目前的開關電源芯片的開關頻率基本都是在幾百千赫茲，當電源開關頻率或者2～3倍頻率恰好在收音頻段，則開關電源會干擾收音信號，從而影響收音效果。故在選擇和設計開關電源的開關頻率時，需要將開關頻率跳到其他頻率，從而避開其對收音機的當前AM搜臺的影響。

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

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

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

5　結論

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

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

【1】趙效敏.開關電源的設計與應用[M].上海:上?？茖W普及出版社,1995.

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

【3】趙同賀.開關電源設計技術與應用實例[M].北京:人民郵電出版社,2007.

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

【5】裴云慶.開關穩(wěn)壓電源的設計和應用[M].北京:機械工業(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招標項目專項資金支持項目(2013B010138002 )

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

U463.97

A

1674-1986(2016)07-030-04