开关电源对车载收音机AM信号干扰的研究

李销,冉光伟,李嘉洁，林积涵,苏伟坤

(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 511434)



开关电源对车载收音机AM信号干扰的研究

李销,冉光伟,李嘉洁，林积涵,苏伟坤

(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 511434)

车载收音机主要包括收音和开关电源等模块，国内收音AM的频率范围为531～1 629 kHz,目前开关电源芯片的开关频率一般为几百千赫兹。当开关电源的工作频率或者其2～3倍工作频率恰好在收音频段，则开关电源的开关噪声会干扰收音信号，从而影响收音效果。因此，在选择和设计开关电源的频率时，需考虑将开关频率调到其他频率，从而避免其对AM搜台的影响。提出一种针对AM频段不同频点而采用电源不同开关频率的方案来解决开关电源对当前AM信号干扰的难题。

车载收音机;AM频段;开关电源;信号干扰

0　引言

车载收音机很容易受到内外部各方面的噪声影响，导致收音效果不佳，因此，减少来自收音机内部的噪声干扰是控制噪声有效方法之一。而收音机内部的噪声干扰主要来自开关电源，故降低开关电源对收音效果的影响成为重中之重。目前车载收音机中使用的开关电源大多数是使用开关电源频率在收音频段的开关电源，通过滤波电路减少开关频率的噪声，从而减少开关电源对收音机模块的影响；或是直接选择开关频率(或其2～3倍频率)不在收音频段内的开关电源芯片，但该种开关电源芯片的可选择性很低。

1　AM调幅收音原理

调幅(AM)是使载波的振幅随调制信号的幅度变化而变化，该过程如图1所示。 AM包括了调制信号以及载波信号，它俩经过幅度调制电路得到调幅波。其中调制信号就是实际需要传输的有用信号；载波信号就是一定频率的正弦波，国内的AM载波信号范围531～1 629 kHz。

调幅式收音机的工作原理如图2所示。输入回路就是用线圈与可变电容器并联形成的调谐回路。调谐回路的电感和电容参数决定了频率调谐范围。变频器由混频、本机振荡和选频3个电路组成，其主要作用是把输入的不同频率的高频信号变换成固定的中频信号。检波器一般由本振回路和选频电路组成，本振回路产生等幅高频振荡信号，振荡频率总是比输入的电台信号高出一个中频；选频电路就是把对应的调制信号解调出来。低频放大器主要任务是把音频信号进行放大，使功放级得到更大的音频信号电压，使收音机有足够的音量。功率放大器把放大后的音频信号进行功率放大，以推动扬声器发出声音。

2　开关电源的工作原理

车载收音机用到的开关电源基本都是降压式变换器，故文中主要介绍降压式开关电源。降压式开关电源内部原理图如图3所示。

图中，Q为开关管，其驱动电压一般为PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)信号，信号周期为Ts，则信号频率为f=1/Ts，导通时间为Ton，关断时间为Toff，则周期Ts=Ton+Toff，占空比Dy=Ton/Ts。电感L和电容C组成低通滤波器，此滤波器设计的原则是抑制高频的谐波分量输出。续流二极管D1为在V关断时给负载中的电感电流提供通道。

由此可见：开关电源工作时，需要有一定频率的PWM波激励。当该PWM波的频率较大时，就会产生该频率的1次、2次、3次甚至4次倍频的干扰噪声。应用电路就会受到该噪声的影响，导致电路不能正常工作或者性能变差。

3　开关电源IC外围电路设计原理

主要以TI的TPS54260开关电源芯片为例子介绍开关电源IC的外围电路设计。TPS54260的引脚定义图如4所示。

该芯片共有10个引脚，引脚1和引脚10通过一个电容连接起来，该电容主要是为了配合芯片内部(或外部)的自举二极管和低端门级驱动器同步驱动；引脚2是电源输入引脚；引脚3是电源使能引脚，其电平高低决定了开关电源是否工作；引脚4外接一个电容到地，该电容的大小决定了延迟时间；引脚5是外部时钟震荡口，可通过接不同阻值的电阻到地，得到不同的时钟频率；引脚6是开漏输出，一般悬空处理；引脚7是内部基准电压输出；引脚8是故障输出，通过一个电容连接到地；引脚9是地；引脚10是电源输出。该芯片的一般应用电路图如图5所示。

图4TPS54260的引脚定义图

由此可见，开关电源工作的时候，主要是由一定频率的PWM波来驱动的，该PWM波的频率大小又和芯片的引脚5外接电阻密切相关。即可以通过改变该电阻阻值的大小，去改变开关电源的频率。图6是该电阻阻值大小与开关频率大小的关系图。可以看出：RT/CLK引脚可以接的到地电阻阻值范围为40～1 200 kΩ，其对应的开关频率范围为100～2 500 kHz，且每一个电阻值对应一个开关频率。

4　改善车载收音机AM频段受开关电源的影响

国内车载收音机的AM频段范围是531～1 629 kHz，该频率能够落在开关电源的大多数开关频率上。但当AM收音频点和开关电源的开关频率的1倍或2倍甚至3倍频率刚好一致时，则此时的AM台将会产生很大的干扰噪声，喇叭会发出严重的吱吱声或者啸叫声，该噪声是任何车主均无法忍受的事情，故必须改善该问题。

目前的开关电源芯片的开关频率基本都是在几百千赫兹，当电源开关频率或者2～3倍频率恰好在收音频段，则开关电源会干扰收音信号，从而影响收音效果。故在选择和设计开关电源的开关频率时，需要将开关频率跳到其他频率，从而避开其对收音机的当前AM搜台的影响。

文中主要是采用广泛使用的开关频率可变的开关电源芯片，通过两个频率之间的切换，间接跳开当前收音频率。例如，当开关频率分别为300和500 kHz，它们的2、3倍频分别为600、900 kHz和1 000、1 500 kHz，若当前AM收音频率在600、900 kHz的时候，就将开关电源的频率切换到500 kHz；若当前的AM收音频率在1 000、1 500 kHz的时候，就将开关电源的频率切换到300 kHz。从而避免了开关电源对当前AM收音的影响。

该技术方案原理图详见图7，主要包含开关电源芯片(元件5)、普通N沟道增强型MOS管(元件2)、开关电阻一(元件4)、开关电阻二(元件3)。开关电源芯片(元件5)TPS54260的开关频率和它的第五脚连接的接地电阻有关。而它的接地电阻的阻值与单片机控制信号1、N沟道增强型MOS管、开关电阻一、开关电阻二有关。当单片机控制信号控制MOS管导通时，则它的接地电阻为开关电阻一和开关电阻二的并联电阻；当单片机控制信号控制MOS管关断时，则它的接地电阻为开关电阻一的电阻。

当收音机工作在某个频率时，单片机判断这个频率是否在当前开关电源的工作频率(包括其2、3倍频)周围，若是，则单片机通过控制信号打开或者关闭MOS管改变当前开关电源的第五脚连接的接地电阻，从而改变当前的开关电源的工作频率，让收音机的收音频率不在开关电源的工作频率(包括其2、3倍频)周围，避免收音机被开关电源影响。具体的软件判断流程见图8。首先，收音机获取当前所播放的AM台的频率以及当前开关电源所用的开关频率；然后判断当前AM播放的频率是否在开关电源开关频率的1、2、3倍频附近；如果是，则改变当前开关电源的开关频率，AM频率避开开关电源的1、2、3倍频，以减少开关电源的开关噪声对AM的干扰；如果不是，则返回继续判断。

5　结论

基于通用的开关电源芯片在车载收音机的应用，提出利用MOS管切换不同的匹配电阻阻值得到不同的开关频率的方案。

该方案的电路简单，性能稳定，实用性强，能有效减少开关电源芯片对车载收音机AM频段的干扰。相对于其他固定频率的开关电源芯片，该方案更加通用，对开关电源芯片的可选择性有很大的提高，具有更加广泛的应用场景和较好的市场前景。

【1】赵效敏.开关电源的设计与应用[M].上海:上海科学普及出版社,1995.

【2】钱振宇.开关电源的电磁兼容性设计与测试[M].北京:电子工业出版社,2006.

【3】赵同贺.开关电源设计技术与应用实例[M].北京:人民邮电出版社,2007.

【4】陈永全.收音机的选择性和谐振电路[M].北京:人民邮电出版社,1979.

【5】裴云庆.开关稳压电源的设计和应用[M].北京:机械工业出版社,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

广东省粤港共性技术招标项目专项资金支持项目(2013B010138002 )

李销(1989—)，男，学士，助理工程师，主要从事车载电子产品的硬件开发工作。E-mail：454945518@qq.com。

U463.97

A

1674-1986(2016)07-030-04