隨著制造商的目標(biāo)是通過(guò)添加傳感器和新的電子功能來(lái)提高他們的功率水平，汽車現(xiàn)在正在不斷改進(jìn)。因此，在汽車領(lǐng)域工作的工程師專注于依靠降壓轉(zhuǎn)換器的拓?fù)鋪?lái)滿足新的效率標(biāo)準(zhǔn)。

降壓轉(zhuǎn)換器可以以更高的效率提供比典型 LDO 更大的功率，但有一個(gè)缺點(diǎn)——它的開(kāi)關(guān)特性會(huì)產(chǎn)生電磁干擾 (EMI)，這對(duì)于汽車應(yīng)用來(lái)說(shuō)可能是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。幸運(yùn)的是，工程師可以使用許多技巧和工具來(lái)降低 EMI，包括優(yōu)化電路板布局、利用 IC 功能和添加電路。

DC/DC 轉(zhuǎn)換器通過(guò)輸入紋波、與附近電路的電和磁耦合以及電磁輻射產(chǎn)生 EMI。EMI 會(huì)干擾 AM/FM 無(wú)線電接收器和其他敏感設(shè)備，例如音響主機(jī)或高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS) 傳感器。顯著的 EMI 會(huì)在無(wú)線電和音響主機(jī)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。

為防止出現(xiàn)如此嚴(yán)重的性能下降，工程師需要設(shè)計(jì)符合官方標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)，例如 Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 25 Class 5。在電路板布局期間遵循良好的布局優(yōu)化實(shí)踐。降壓轉(zhuǎn)換器最重要的做法是：

減少電壓快速變化（高 dv/dt）的節(jié)點(diǎn)表面積，以及

通過(guò)快速變化的電流（高 di/dt）減少電流回路的面積。

這兩個(gè)基本規(guī)則將規(guī)定工程師將某些組件放置在何處以最小化 EMI。

不幸的是，即使是最優(yōu)化的 PCB 布局也無(wú)法防止所有與 EMI 相關(guān)的問(wèn)題。此外，由于電路板尺寸和形狀或時(shí)間限制，通常不可能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(yuǎn)的位置，而不是將 EMI 降至最低的最佳位置。

這些和其他布局限制會(huì)導(dǎo)致 EMI，從而降低系統(tǒng)性能。即使有經(jīng)驗(yàn)和細(xì)心，電路板也可能需要進(jìn)一步優(yōu)化。這些額外的董事會(huì)修訂需要時(shí)間和金錢。那么，除了優(yōu)化布局以最大程度降低應(yīng)用的 EMI 之外，您還能做什么？

繞過(guò)電路板布局限制

如果無(wú)法優(yōu)化布局以獲得最佳 EMI，一些 DC/DC 轉(zhuǎn)換器會(huì)在設(shè)備級(jí)別提供許多封裝和功能改進(jìn)，以幫助最大限度地減少 EMI，并使其更容易滿足 CISPR 25 5 類限制。這些特性使電路板設(shè)計(jì)更加與布局無(wú)關(guān)；換句話說(shuō)，它們可以幫助彌補(bǔ)布局缺陷。

例如，擴(kuò)頻是一種擴(kuò)展諧波能量以減少峰值和平均 EMI 測(cè)量值的功能。它通過(guò)抖動(dòng)開(kāi)關(guān)頻率（加減某個(gè)百分比）來(lái)擴(kuò)展頻譜密度來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。例如，擴(kuò)展 ±2% 將看到 25次和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，這將保持諧波尖峰間隔在基頻處。能量在較高頻率中均勻分布，導(dǎo)致測(cè)量值的包絡(luò)較低，需要較少的濾波和較少的布局優(yōu)化，從而節(jié)省時(shí)間和金錢。

壓擺率控制是另一個(gè)有助于提高 EMI 性能的特性。EMI 的主要來(lái)源是開(kāi)關(guān)環(huán)。開(kāi)關(guān)振鈴是由高邊場(chǎng)效應(yīng)管的快速導(dǎo)通引起的，它迅速?gòu)妮斎?a href="http://www.xsypw.cn/tags/電容/" target="_blank">電容中拉出電流，導(dǎo)致輸入寄生環(huán)路電感和寄生電容的諧振引起數(shù)百兆赫茲的振鈴低側(cè) FET。減緩這個(gè)上升時(shí)間會(huì)減緩這個(gè)直接的電流消耗，從而減少振鈴和 EMI。可以通過(guò)添加一個(gè)與啟動(dòng)電容器串聯(lián)的電阻器（大約幾歐姆）來(lái)減慢上升時(shí)間，并且某些設(shè)備具有專用的啟動(dòng)電阻器引腳。這里有一個(gè)權(quán)衡：放慢 FET 的轉(zhuǎn)換可以最大限度地減少 EMI，但也會(huì)增加開(kāi)關(guān)損耗，從而降低效率。

還有一些封裝級(jí)特性有助于抑制 EMI。一個(gè)例子是 TI 的 HotRod 封裝，它消除了內(nèi)部鍵合線，如圖 1所示。不連續(xù)的電流會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)上數(shù)百兆赫茲的振鈴，耦合和輻射，從而導(dǎo)致 EMI。移除輸入電容器不連續(xù)電流的高 di/dt 回路路徑中的接合線會(huì)降低回路電感。這反過(guò)來(lái)又會(huì)降低振鈴中的能量，從而降低 EMI。LM61460-Q1 和LM53635-Q1 （轉(zhuǎn)換器）等器件采用 HotRod 封裝。

圖 1此橫截面圖讓工程師可以比較標(biāo)準(zhǔn)的絲焊四方扁平無(wú)引線 (QFN) 封裝和 TI 的 HotRod QFN。資料來(lái)源：德州儀器

其他封裝級(jí)特性包括優(yōu)化的引腳排列。器件可以通過(guò)組織引腳布局來(lái)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(shè)備通常將 VIN 和 GND（或 PGND）引腳彼此相鄰放置，以便為連接電容器提供最佳位置。

更進(jìn)一步的是對(duì)稱引腳排列。將 VIN/PGND 對(duì)稱放置在封裝的任一側(cè)允許輸入回路磁場(chǎng)自給自足，從而進(jìn)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(duì)稱的 VIN/PGND 引腳對(duì)（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(lái)進(jìn)一步降低輸入寄生電感。LMQ61460-Q1 在任一側(cè)包括兩個(gè)集成輸入旁路電容器，每個(gè) VIN/PGND 對(duì)一個(gè)。這些電容器是橫跨圖 2a中所示的右上和右下引腳對(duì)（VIN 和 PGND）的黑色矩形。圖 2b 顯示了器件引腳排列以供參考。

將高頻 EMI 降至最低尤為重要，因?yàn)槠噾?yīng)用中常見(jiàn)的較高輸入電壓和較高輸出電流會(huì)使該領(lǐng)域的問(wèn)題惡化。

圖 2X 射線圖像顯示了帶有集成電容器的 LMQ61460-Q1 降壓靜音轉(zhuǎn)換器 (a)，您可以將其與引腳排列參考 (b) 進(jìn)行比較。資料來(lái)源：德州儀器

雖然 EMI 確實(shí)給汽車應(yīng)用帶來(lái)了挑戰(zhàn)，但如果設(shè)計(jì)工程師遇到電路板布局限制，他們也并非沒(méi)有選擇。有許多方法可以解決這一挑戰(zhàn)，從戰(zhàn)略器件引腳分配到集成特性，例如低電感封裝、轉(zhuǎn)換速率控制、擴(kuò)頻和集成電容器。

這些特性使工程師能夠放寬嚴(yán)格的 EMI 布局優(yōu)化要求，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優(yōu)化空間。這些功能改進(jìn)了您的設(shè)計(jì)，以滿懷信心地滿足標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)設(shè)定的 EMI 限制。

審核編輯：郭婷