使用 DCDC 降压转换器功能来优化汽车设计中的 EMI

时间：2024-11-17 17:54:21

关键字： DCDC 汽车设计 EMI

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[导读]每年，汽车制造商都会为汽车配备越来越多的传感器和功能，从而增加汽车中的电子内容并增加其电力需求。随着功率水平的提高，曾经依赖低压差线性稳压器 (LDO) 的工程师现在可能需要使用降压拓扑来满足目标效率。

每年，汽车制造商都会为汽车配备越来越多的传感器和功能，从而增加汽车中的电子内容并增加其电力需求。随着功率水平的提高，曾经依赖低压差线性稳压器 (LDO) 的工程师现在可能需要使用降压拓扑来满足目标效率。

降压转换器可以以更高的效率提供比典型 LDO 更多的功率，但有一个缺点 - 其开关特性会产生电磁干扰 (EMI)，这对于汽车应用来说可能是一个严重问题。幸运的是，工程师可以使用许多技巧和工具来降低 EMI，包括优化电路板布局、利用 IC 功能以及添加电路。

DC/DC 转换器会因输入纹波、与附近电路的电和磁耦合以及电磁辐射而产生 EMI。 EMI 会干扰 AM/FM 无线电接收器和其他敏感设备，例如主机或高级驾驶员辅助系统 (ADAS) 传感器。严重的 EMI 可能会在收音机和主机音频中产生静态噪声或其他类型的噪声，干扰 ADAS 传感器，并降低其他系统的性能。

为了防止这种严重的性能下降，工程师需要设计符合官方标准的系统，例如国际无线电干扰专业委员会 (CISPR) 25 5 级。由于不良布局可能导致任何设备无法达到标准机构设定的 EMI 限制，因此重要的是在电路板布局期间遵循良好的布局优化实践。降压转换器最重要的做法是：

· 减少电压快速变化(高 dv/dt)的节点表面积，以及

· 减小快速变化电流(高 di/dt)的电流环路面积。

这两条基本规则将决定工程师放置某些组件的位置，以最大限度地减少 EMI。

不幸的是，即使是最优化的 PCB 布局也无法避免所有与 EMI 相关的问题。此外，由于电路板尺寸和形状或时间限制，通常无法像我们希望的那样优化 EMI 布局。例如，非常紧凑的布局可能需要您将功率电感器放置在电路板的底部，或者将输入电容器放置在距离 IC 稍远的位置，以尽量减少 EMI。

这些和其他布局限制可能会导致 EMI，从而降低系统性能。即使有经验和细心，董事会也可能需要进一步优化。这些额外的董事会修订需要时间和金钱。那么，除了优化布局以最大限度地降低应用的 EMI 之外，您还可以做什么呢?

克服电路板布局限制

如果无法优化布局以获得最佳 EMI，某些 DC/DC 转换器会在器件级别提供许多封装和功能改进，以帮助最大限度地降低 EMI 并更容易满足 CISPR 25 5 类限制。这些功能使电路板设计与布局更加无关;换句话说，它们可以帮助弥补布局的缺陷。

例如，扩频功能可扩展谐波能量以降低峰值和平均 EMI 测量的最大值。它通过抖动开关频率(加减一定百分比)来扩展频谱密度来实现这一点。例如，扩展 ±2% 会看到 25次及更高次谐波上的谐波能量完全混合或重叠，而不是固定频率，这将保持在基频上间隔的谐波尖峰。能量在较高频率中均匀分布，从而产生较低的测量值包络，需要较少的滤波和布局优化，从而节省时间和金钱。

转换速率控制是另一个有助于提高 EMI 性能的功能。 EMI 的主要来源是开关环。开关振铃是由高侧 FET 快速导通引起的，它快速从输入电容拉电流，导致输入寄生环路电感和寄生电容谐振而产生数百兆赫的振铃低侧 FET 的。减慢上升时间可以减慢即时电流消耗，从而减少振铃和 EMI。可以通过添加与启动电容器串联的电阻器(大约几欧姆)来减慢上升时间，并且某些器件具有专用的启动电阻器引脚。这里需要权衡：减慢 FET 的转换可以最大限度地降低 EMI，但也会增加开关损耗，从而降低效率。

还有一些封装级功能有助于抑制 EMI。 TI 的 HotRod 封装就是一个例子，它消除了内部键合线，如图1所示。不连续电流会导致开关节点产生数百兆赫兹的振铃，从而产生耦合和辐射，从而产生 EMI。去除输入电容器不连续电流的高 di/dt 环路路径中的键合线可降低环路电感。这反过来又减少了振铃中的能量，从而降低了 EMI。LM61460-Q1和LM53635-Q1等器件采用 HotRod 封装。