【導讀】汽車行業(yè)不斷尋求改進，從而為汽車配備更多傳感器和新的電子功能。目標是提高功率水平，目前工程師可能需要依靠降壓拓撲來達到新的效率標準。
汽車行業(yè)不斷尋求改進，從而為汽車配備更多傳感器和新的電子功能。目標是提高功率水平，目前工程師可能需要依靠降壓拓撲來達到新的效率標準。
降壓轉(zhuǎn)換器可以以更高的效率提供比典型 LDO 更多的功率，但有一個缺點 - 其開關(guān)特性會產(chǎn)生電磁干擾 (EMI)，這對于汽車應用來說可能是一個嚴重的問題。幸運的是，工程師可以使用許多技巧和工具來降低 EMI，包括優(yōu)化電路板布局、利用 IC 功能以及添加電路。
DC/DC 轉(zhuǎn)換器會因輸入紋波、與附近電路的電和磁耦合以及電磁輻射而產(chǎn)生 EMI。EMI 會干擾 AM/FM 無線電接收器和其他敏感設備，例如主機或駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS) 傳感器。嚴重的 EMI 可能會在收音機和主機音頻中產(chǎn)生靜態(tài)噪聲或其他類型的噪聲，干擾 ADAS 傳感器，并降低其他系統(tǒng)的性能。
為了防止這種嚴重的性能下降，工程師需要設計符合標準的系統(tǒng)，例如國際無線電擾動委員會 (CISPR) 25 5 級。由于不良布局可能導致任何設備無法達到標準機構(gòu)設定的 EMI 限制，因此重要的是在電路板布局期間遵循良好的布局優(yōu)化實踐。降壓轉(zhuǎn)換器重要的做法是：
減少電壓快速變化（高 dv/dt）的節(jié)點表面積，以及減小快速變化電流（高 di/dt）的電流環(huán)路面積。
這兩條基本規(guī)則將決定工程師放置某些組件的位置，以限度地減少 EMI。
不幸的是，即使是化的 PCB 布局也無法避免所有與 EMI 相關(guān)的問題。此外，由于電路板尺寸和形狀或時間限制，通常無法像我們希望的那樣優(yōu)化 EMI 布局。例如，非常緊湊的布局可能需要您將功率電感器放置在電路板的底部，或者將輸入電容器放置在距離 IC 稍遠的位置，以盡量減少 EMI。
這些和其他布局限制可能會導致 EMI，從而降低系統(tǒng)性能。即使有經(jīng)驗和細心，董事會也可能需要進一步優(yōu)化。這些額外的董事會修訂需要時間和金錢。那么，除了優(yōu)化布局以限度地降低應用的 EMI 之外，您還可以做什么呢？
克服電路板布局限制如果無法優(yōu)化布局以獲得 EMI，某些 DC/DC 轉(zhuǎn)換器會在器件級別提供大量封裝和功能改進，以幫助限度地降低 EMI 并更容易滿足 CISPR 25 5 類限制。這些功能使電路板設計與布局更加無關(guān)；換句話說，它們可以幫助彌補布局的缺陷。
例如，擴頻功能可擴展諧波能量以降低峰值和平均 EMI 測量的值。它通過抖動開關(guān)頻率（加減一定百分比）來擴展頻譜密度來實現(xiàn)這一點。例如，擴展 ±2% 會看到 25 次及 更高次諧波上的諧波能量完全混合或重疊，而不是固定頻率，這將保持在基頻上間隔的諧波尖峰。能量在較高頻率中均勻分布，從而產(chǎn)生較低的測量值包絡，需要較少的濾波和布局優(yōu)化，從而節(jié)省時間和金錢。
轉(zhuǎn)換速率控制是另一個有助于提高 EMI 性能的功能。EMI 的主要來源是開關(guān)環(huán)。開關(guān)振鈴是由高側(cè) FET 快速導通引起的，它快速從輸入電容拉電流，導致輸入寄生環(huán)路電感和寄生電容諧振而產(chǎn)生數(shù)百兆赫的振鈴。低側(cè) FET 的。減慢上升時間可以減慢即時電流消耗，從而減少振鈴和 EMI。可以通過添加與啟動電容器串聯(lián)的電阻器（大約幾歐姆）來減慢上升時間，并且某些器件具有專用的啟動電阻器引腳。這里需要權(quán)衡：減慢 FET 的轉(zhuǎn)換可以限度地降低 EMI，但也會增加開關(guān)損耗，從而降低效率。
還有一些封裝級功能有助于抑制 EMI。TI 的 HotRod 封裝就是一個例子，它消除了內(nèi)部鍵合線，如圖 1所示 。不連續(xù)電流會導致開關(guān)節(jié)點產(chǎn)生數(shù)百兆赫茲的振鈴，從而產(chǎn)生耦合和輻射，從而產(chǎn)生 EMI。去除輸入電容器不連續(xù)電流的高 di/dt 環(huán)路路徑中的鍵合線可降低環(huán)路電感。這反過來又減少了振鈴中的能量，從而降低了 EMI。LM61460-Q1 和 LM53635-Q1等器件 采用 HotRod 封裝。
標準焊線四方扁平無引線 (QFN) HotRod QFN圖 1 通過該橫截面視圖，工程師可以比較標準引線鍵合四方扁平無引線 (QFN) 封裝和 TI 的 HotRod QFN。資料 德州儀器其他封裝級功能包括優(yōu)化的引腳排列。器件可以通過組織引腳布局來提高 EMI 性能，從而使輸入電容器等關(guān)鍵路徑保持盡可能小。設備通常將 VIN 和 GND（或 PGND）引腳彼此相鄰放置，以便為電容器的連接提供優(yōu)化的位置。
更進一步的是對稱引腳排列。將 VIN/PGND 對稱地放置在封裝的兩側(cè)，可以使輸入環(huán)路磁場保持獨立，從而進一步降低 EMI。許多 DC/DC 降壓轉(zhuǎn)換器（例如 LMR33630、 LMR36015、 LM61460和 LMQ61460-Q1） 都具有對稱的 VIN/PGND 引腳對（圖 2b）。
集成輸入電容器下一代 EMI 優(yōu)化封裝使用集成電容器來進一步降低輸入寄生電感。LMQ61460-Q1 在兩側(cè)均包含兩個集成輸入旁路電容器，每個 VIN/PGND 對各一個。這些電容器是橫跨右上和右下引腳對（VIN 和 PGND）的黑色矩形，如圖 2a所示。圖 2b 顯示了器件引腳排列以供參考。
限度地減少高頻 EMI 尤為重要，因為汽車應用中常見的較高輸入電壓和較高輸出電流可能會加劇該領(lǐng)域的問題。
LMQ61460-Q1 降壓靜音轉(zhuǎn)換器圖 2 X 射線圖像顯示了帶有集成電容器 (a) 的 LMQ61460-Q1 降壓靜音轉(zhuǎn)換器，您可以將其與引腳排列參考 (b) 進行比較。資料德州儀器雖然 EMI 確實給汽車應用帶來了挑戰(zhàn)，但如果設計工程師遇到電路板布局限制，他們也并非沒有選擇。有很多方法可以應對這一挑戰(zhàn)，從戰(zhàn)略器件引腳排列到低電感封裝、轉(zhuǎn)換速率控制、擴頻和集成電容器等集成功能。
這些功能使工程師能夠放松嚴格的 EMI 布局優(yōu)化的要求，以換取全面的布局，從而為更好的熱性能和/或更小的解決方案尺寸提供更多的優(yōu)化空間。這些功能可改進您的設計，以自信地滿足標準機構(gòu)設定的 EMI 限制。
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