通過設(shè)備級功能和封裝選項將車輛設(shè)計中的 EMI 降至最低

眾所周知，汽車環(huán)境的 EMI 問題在最初設(shè)計階段需要仔細(xì)注意，以確保一旦系統(tǒng)開發(fā)完成能通過 EMI 測試。直到不久前，尚沒有一種確定的方法保證，通過恰當(dāng)?shù)剡x擇電源 IC，就能夠輕松解決 EMI 問題。

隨著車輛系統(tǒng)的發(fā)展，需要更多功率的應(yīng)用數(shù)量不斷增加。設(shè)計更高功率系統(tǒng)的工程師經(jīng)常從低壓差 (LDO) 穩(wěn)壓器切換到具有更高效率和熱性能的 DC/DC 降壓轉(zhuǎn)換器。然而，這種轉(zhuǎn)變帶來了一些挑戰(zhàn)，因為DC/DC降壓轉(zhuǎn)換器的電磁干擾 (EMI) 比 LDO 穩(wěn)壓器高得多。

EMI 會影響 AM/FM 無線電接收器和駕駛員輔助傳感器等敏感組件，而高 EMI 實際上會降低甚至干擾正常的系統(tǒng)運行。因此，國際無線電干擾特別委員會 (CISPR) 25 Class 5 等官方標(biāo)準(zhǔn)為配備內(nèi)燃機的車輛和船舶制定了 EMI 限制。

如何克服電路板布局 限制

減輕 EMI 的最簡單方法之一是采用適當(dāng)?shù)挠∷㈦娐钒?(PCB) 設(shè)計，對于降壓轉(zhuǎn)換器，最重要的考慮因素是：

· 減少高瞬態(tài)電壓（dv/dt）節(jié)點的表面積

· 減少高瞬態(tài) (di/dt) 環(huán)路的環(huán)路面積

這意味著某些組件的正確放置有助于將 EMI 降至最低。

然而，電路板的尺寸或形狀會限制某些組件的放置，并且更換電路板的時間和成本可能會令人望而卻步。如果盡管有這些限制，您的應(yīng)用程序必須符合 CISPR 25 Class 5 EMI 限制，您如何解決這些限制？

當(dāng)無法選擇 EMI 優(yōu)化布局時，可以通過與布局無關(guān)的封裝和具有器件級功能改進的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器來減輕 EMI。

EMI - 兼容 設(shè)備 級 功能

擴頻是通過抖動開關(guān)頻率來擴展由開關(guān)節(jié)點引起的 EMI 諧波峰值的功能。分散高次諧波峰值的能量將高、突變的發(fā)射轉(zhuǎn)換為低的、漸進的發(fā)射，從而減少了必須考慮 EMI 發(fā)射限制的設(shè)計所需的濾波和優(yōu)化量。

翻轉(zhuǎn)控制減少了高邊場效應(yīng)晶體管（FET）的啟動時間，從而節(jié)省了高頻諧波的能量。只需添加一個與啟動電容器串聯(lián)的小電阻器，或在內(nèi)置此功能的設(shè)備上的專用 RBOOT 引腳上使用啟動電阻器。但是，如果 FET 的轉(zhuǎn)速變慢，則 EMI 會得到改善，但效率會降低。

符合EMI標(biāo)準(zhǔn)的 封裝

有助于抑制 EMI 的封裝級特性是 TI 的 HotRod 引線框架上倒裝芯片封裝，它沒有內(nèi)部接合線。（參見圖 1）消除輸入電容器的不連續(xù)電流流經(jīng)的高 di/dt 環(huán)路路徑中的電感焊線消除了輸入環(huán)路電感的重要來源，這是前面提到的關(guān)鍵考慮因素之一（對于高di/dt 循環(huán)）。面積減少）可以滿足。

圖1：標(biāo)準(zhǔn) 引線鍵合 QFN（四方扁平無鉛）封裝和HotRod封裝的橫截面。

另一個封裝級特性是對關(guān)鍵路徑使用對稱引腳。DC/DC 降壓轉(zhuǎn)換器（LMR33630-Q1、  LMR36015-Q1、  LM61460-Q1、  LMQ61460-Q1）在中間有一個開關(guān)節(jié)點引腳，在每一側(cè)都有 PGND 和 VIN。這種對稱性產(chǎn)生了一個磁場，可以改善磁場抑制并減少與附近電路的耦合。

集成 輸入 電容

為了進一步降低設(shè)備級別的 EMI，LMQ61460-Q1 等產(chǎn)品在封裝內(nèi)集成了一個輸入電容器。圖 2a 顯示，這些電容器是橫跨右上角和底部一對引腳 VIN 和 PGND 的黑色矩形（有關(guān)引腳排列，請參見圖2b）。在封裝內(nèi)包含輸入電容器可降低寄生電感、振鈴和高頻 EMI，再次滿足第二個考慮。高頻 EMI 尤為重要，因為汽車應(yīng)用中常見的條件（例如高輸入電壓和高輸出電流）會加劇高頻范圍內(nèi)的問題。

LMQ61460-Q1是一款具有集成旁路電容器的高性能DC-DC同步降壓變換器。集成高側(cè)和低側(cè)MOSFET，在3.0 V至36 V的寬輸入范圍內(nèi)提供高達6 A的輸出電流；42-V公差支持持續(xù)400毫秒的負(fù)載轉(zhuǎn)儲。該設(shè)備實現(xiàn)了從丟失中的軟恢復(fù)，消除了輸出上的超調(diào)。
該設(shè)備專為最小EMI而設(shè)計。該設(shè)備采用偽隨機擴頻、集成旁路電容、可調(diào)SW節(jié)點上升時間、低EMI VQFN-HR封裝（具有低開關(guān)節(jié)點振鈴）和優(yōu)化的引腳以便于使用。開關(guān)頻率可在200 kHz和2.2 MHz之間同步，以避免噪聲敏感頻帶。此外，可選擇頻率以提高低工作頻率下的效率，或在高工作頻率下選擇較小的溶液尺寸。
自動模式在輕載運行時啟用頻率折疊，允許空載電流消耗僅為7μA（典型）和高輕載效率。PWM和PFM模式之間的無縫轉(zhuǎn)換，以及非常低的MOSFET導(dǎo)通電阻和外部偏置輸入，確保整個負(fù)載范圍內(nèi)的卓越效率。

(一) (二)

圖2：具有集成 電容器 (a)、LMQ61460-Q1引腳排列(b)的LMQ61460-Q1的X射線圖像

EMI 會影響汽車應(yīng)用。盡管電路板布局受到限制，但仍有一些替代方案允許設(shè)備級功能和更新的封裝類型應(yīng)用可靠的 EMI 緩解技術(shù)來改進設(shè)計并讓您高枕無憂地遵守 EMI 輻射限制。