通過(guò)設(shè)備級(jí)功能和封裝選項(xiàng)最大限度地減少車(chē)輛設(shè)計(jì)中的 EMI

1.前言

隨著車(chē)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(jì)更高功率系統(tǒng)的工程師通常會(huì)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(lái)了一些挑戰(zhàn)，因?yàn)镈C/DC降壓轉(zhuǎn)換器的電磁干擾 (EMI) 比 LDO 穩(wěn)壓器高得多。

EMI 會(huì)影響 AM/FM 無(wú)線電接收器和駕駛員輔助傳感器等敏感組件，而高 EMI 實(shí)際上會(huì)降低甚至干擾系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為此，Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 25 Class 5 等官方標(biāo)準(zhǔn)為配備內(nèi)燃機(jī)的車(chē)輛和船舶制定了 EMI 限制。

2.如何來(lái)克服板布局 的限制

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

· 減少了高瞬態(tài)電壓 (dv/dt) 節(jié)點(diǎn)的表面積

· 減少高瞬態(tài) (di/dt) 回路的回路面積

這意味著正確放置某些組件可以幫助最大限度地減少 EMI。

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

當(dāng)無(wú)法考慮 EMI 進(jìn)行布局優(yōu)化時(shí) 當(dāng)無(wú)法選擇 EMI 優(yōu)化布局時(shí)，可以通過(guò)與布局無(wú)關(guān)的封裝和具有設(shè)備級(jí)增強(qiáng)功能的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器來(lái)減輕 EMI。

3.EMI一個(gè) 兼容 設(shè)備 級(jí) 特征

擴(kuò)頻是通過(guò)抖動(dòng)開(kāi)關(guān)頻率來(lái)擴(kuò)展由開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)引起的 EMI 諧波峰值的功能。高次諧波峰值能量的擴(kuò)散將高且突然的發(fā)射變成低的、漸進(jìn)的發(fā)射，這減少了必須考慮 EMI 發(fā)射限制的設(shè)計(jì)所需的濾波和優(yōu)化量。

轉(zhuǎn)速控制減少了高邊場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）的啟動(dòng)時(shí)間，從而節(jié)省了高頻諧波的能量。只需添加一個(gè)與啟動(dòng)電容器串聯(lián)的小電阻，或在內(nèi)置此功能的設(shè)備的專(zhuān)用 RBOOT 引腳上使用啟動(dòng)電阻。然而，降低 FET 的轉(zhuǎn)速會(huì)改善 EMI，同時(shí)降低效率。

4.EMI兼容 封裝

有助于抑制 EMI 的封裝級(jí)特性是 TI 的無(wú)內(nèi)部鍵合線的 HotRod引線框架倒裝芯片封裝。（參見(jiàn)圖 1）從輸入電容器的不連續(xù)電流流過(guò)的高 di/dt 環(huán)路路徑中移除電感鍵合線可消除輸入環(huán)路電感的重要來(lái)源，并且是前面提到的關(guān)鍵考慮因素之一（高可以滿(mǎn)足高 di/dt 環(huán)路的 di/dt 環(huán)路）。

圖1：標(biāo)準(zhǔn) 引線 鍵合QFN（四方 扁平 引線）封裝和HotRod封裝 部分

另一個(gè)封裝級(jí)特性是對(duì)關(guān)鍵路徑使用對(duì)稱(chēng)引腳排列。DC/DC 降壓轉(zhuǎn)換器在中心有一個(gè)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)引腳，在每一側(cè)都有 PGND 和 VIN。這種對(duì)稱(chēng)性產(chǎn)生了一個(gè)磁場(chǎng)，可以改善磁場(chǎng)抑制并減少與附近電路的耦合。

5.集成 輸入 電容器

為了進(jìn)一步降低設(shè)備級(jí)別的 EMI，LMQ61460-Q1 等產(chǎn)品在封裝內(nèi)集成了一個(gè)輸入電容器。圖 2a 顯示，這些電容器是橫跨右上方和下方引腳對(duì) VIN 和 PGND 的黑色矩形（有關(guān)引腳分布，請(qǐng)參見(jiàn)圖2b）。將輸入電容包含在封裝內(nèi)可降低寄生電感、振鈴和高頻 EMI，再次滿(mǎn)足第二個(gè)考慮。高頻 EMI 尤為重要，因?yàn)槠?chē)應(yīng)用中常見(jiàn)的條件（例如高輸入電壓和高輸出電流）會(huì)加劇高頻范圍。

(a) (b)

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(huì)影響汽車(chē)應(yīng)用。盡管電路板布局存在局限性，但仍有一些替代方案，其中設(shè)備級(jí)功能和更新的封裝類(lèi)型可以應(yīng)用可靠的 EMI 緩解技術(shù)來(lái)改進(jìn)設(shè)計(jì)并確保安全地遵守 EMI 輻射限制。