為汽車(chē)信息娛樂(lè)處理器構(gòu)建低于 20W 的 CISPR25 5 類(lèi)電源設(shè)計(jì)

在永遠(yuǎn)在線(xiàn)的體驗(yàn)世界中，駕駛員和乘客希望通過(guò)傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)電或人機(jī)界面 (HMI) 系統(tǒng)訪問(wèn)有關(guān)交通狀況和潛在危險(xiǎn)的實(shí)時(shí)信息。與此同時(shí)，司機(jī)和乘客希望不受干擾地使用 GPS、智能手機(jī)和平板電腦等聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。因此，重要的是這些設(shè)備不受電磁干擾 (EMI) 的影響，電磁干擾 (EMI) 在密閉空間內(nèi)放置大量電氣和電子系統(tǒng)時(shí)會(huì)發(fā)生這種情況。

對(duì)于試圖為汽車(chē)構(gòu)建最新系統(tǒng)的許多主要汽車(chē)制造商而言，EMI 合規(guī)性是一個(gè)重要主題。要求非常嚴(yán)格，制造商必須遵守 CISPR 25 Class 5 等標(biāo)準(zhǔn)，在許多情況下，如果不符合標(biāo)準(zhǔn)，則系統(tǒng)無(wú)法銷(xiāo)售。

系統(tǒng)中的 EMI 測(cè)量水平主要在設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的后期階段受到工程師的關(guān)注。在許多情況下，工程師會(huì)在組裝電路板時(shí)發(fā)現(xiàn) EMI 問(wèn)題，然后單獨(dú)選擇并驗(yàn)證所有組件。在這一點(diǎn)上，很難確定 EMI 的確切來(lái)源，因?yàn)樵诋?dāng)今先進(jìn)的汽車(chē)系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。出于這個(gè)原因，使用參考設(shè)計(jì)板的EMI 測(cè)試結(jié)果對(duì)于工程師獲得第一手知識(shí)很有用，一旦在 PCB 板上組裝在一起，不同的部件如何相互工作。   

例如，為了在汽車(chē)信息娛樂(lè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)后期防止 EMI 問(wèn)題，該電池外系統(tǒng)經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可承受 Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 25 類(lèi) 5 EMI 限制，用于為信息娛樂(lè)和集群系統(tǒng)中使用的汽車(chē)處理器供電。汽車(chē)信息娛樂(lè)處理器的典型電源架構(gòu)如圖 1 所示。

參考設(shè)計(jì)中有四個(gè)主要模塊：

· LM74610-Q1智能二極管具有內(nèi)置的，前端保護(hù)經(jīng)受正和負(fù)脈沖（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織[ISO] 7630），反向電池保護(hù)，電池?cái)嗦烽_(kāi)關(guān)和過(guò)電壓保護(hù)（OVP）。

· 共模和差分濾波器可抑制傳導(dǎo) EMI。

· LM53635-Q1 芯片 2.1MHz的，完全同步，3.5A DC / DC轉(zhuǎn)換器將電池電壓為5V電源轉(zhuǎn)換。該器件采用符合汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)的倒裝芯片引線(xiàn) (FCOL) 封裝，具有可潤(rùn)濕側(cè)翼，可最大限度地減少開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴。該 DC/DC 轉(zhuǎn)換器使用擴(kuò)頻選項(xiàng)具有低 EMI 特性。

· 下游負(fù)載點(diǎn) (POL) 降壓轉(zhuǎn)換器，例如 TI 的TPS57112-Q1 、TPS57114-Q1和LM26420-Q1 ，為處理能力提供低輸入電壓軌。鐵氧體磁珠用于去除下游電源軌上的高頻噪聲。

LM74610-Q1 是一款控制器器件，可與 N 溝道 MOSFET 一同用于反極性保護(hù)電路。 其設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)外部 MOSFET，串聯(lián)電源時(shí)可模擬理想二極管整流器。 該機(jī)制的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于不以接地為參考，因此 Iq 為零。

LM74610-Q1 控制器為外部 N 溝道 MOSFET 提供柵極驅(qū)動(dòng)，并配有快速響應(yīng)內(nèi)部比較器，可使 MOSFET 柵極在反極性情況下放電。 這種快速降壓特性有效限制了檢測(cè)到反極性時(shí)反向電流的大小和持續(xù)時(shí)間。 此外，該器件設(shè)計(jì)選用了合適的 TVS 二極管，符合 CISPR25 5 類(lèi) EMI 規(guī)范和汽車(chē)類(lèi) ISO7637 瞬態(tài)要求。

· LM53625-Q1/LM53635-Q1 同步降壓穩(wěn)壓器針對(duì)汽車(chē)應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，能夠提供 5V、3.3V 的輸出電壓或可調(diào)輸出電壓。LM53625-Q1/LM53635-Q1 可利用高級(jí)高速電路，在 2.1MHz 的固定頻率下通過(guò) 18V 輸入產(chǎn)生 3.3V 的穩(wěn)壓輸出。LM53625-Q1/LM53635-Q1 采用創(chuàng)新型架構(gòu)，在輸入電壓僅為 3.55V 時(shí)也可提供 3.3V 穩(wěn)壓輸出。該器件針對(duì)汽車(chē)和性能驅(qū)動(dòng)型行業(yè)客戶(hù)進(jìn)行了全方位優(yōu)化。器件的輸入電壓高達(dá) 36V，容許的瞬態(tài)電壓高達(dá) 42V，因此簡(jiǎn)化了輸入浪涌保護(hù)設(shè)計(jì)。該器件采用通過(guò)汽車(chē)認(rèn)證的 Hotrod QFN 可濕性側(cè)面封裝，可降低寄生電感和電阻，同時(shí)可提高效率、更大限度減小開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴，并大幅降低電磁干擾 (EMI)。開(kāi)漏復(fù)位輸出具有內(nèi)置的濾波和延遲功能，可提供正確的系統(tǒng)狀態(tài)指示。憑借這一特性，器件無(wú)需使用附加監(jiān)控元件，這節(jié)省了成本和電路板空間。器件可在 PWM 和 PFM 兩種模式之間無(wú)縫切換，并且低靜態(tài)電流（3.3V 選項(xiàng)僅為 15μA）確保了其在所有負(fù)載條件下均可展現(xiàn)高效率和出色的瞬態(tài)響應(yīng)。

圖 1：汽車(chē)信息娛樂(lè)處理器的典型電源架構(gòu)

該參考設(shè)計(jì)已經(jīng)過(guò)測(cè)試并成功通過(guò)了 CISPR 25 5 類(lèi)傳導(dǎo) EMI 限制。

圖 2 顯示了使用所有 DC/DC 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器滿(mǎn)載時(shí)高達(dá) 30MHz 的傳導(dǎo)發(fā)射（峰值和平均值檢測(cè)）的測(cè)試結(jié)果。

圖 2：頻率范圍低于 30MHz 的傳導(dǎo) EMI 結(jié)果

圖 3 顯示了相同條件下 30MHz 至 108MHz 傳導(dǎo)發(fā)射的測(cè)試結(jié)果。

圖 3：頻率范圍在 30MHz 和 108MHz 之間的傳導(dǎo) EMI 結(jié)果

參考設(shè)計(jì)是工程師在設(shè)計(jì)周期早期查看 EMI 結(jié)果和識(shí)別可能的干擾問(wèn)題的有用工具。測(cè)量參考設(shè)計(jì)板上的傳導(dǎo) EMI 有助于識(shí)別噪聲趨勢(shì)和早期合規(guī)性問(wèn)題，這些問(wèn)題在最終產(chǎn)品設(shè)計(jì)之前可能不會(huì)出現(xiàn)。