作者：FRANCESCESTRAGUéS和拉爾夫OHMBERGER

越來越多的汽車制造商不再使用鹵素燈泡，而是采用LED技術。但是，LED照明系統具有不同的電源要求，具體取決于串上存在的設備數量，所需電流，調光以及其他因素。傳統的線性穩壓器無法始終滿足這些需求，因此設計人員越來越依賴開關模式電源（SMPS）。這些會產生電磁兼容性（EMC）合規性問題，需要解決。

幸運的是，有許多有效的方法可以通過組件放置和布局來改善LED驅動器設計的EMC，以及半導體制造商正在為其產品添加的有用功能。讓我們看看其中的一些。

PCB布局

在PCB的設計中，機械尺寸和放置限制（例如連接器位置和保留區域）通常會使SMPS PCB布局復雜化。即便如此，工程師還是可以采取一些措施來減少EMC問題。確保良好EMC的一種有效方法是，如果可能進行雙面組裝，則將DC / DC轉換器放置在遠離連接器的位置，并在PCB的另一側。這樣可以最大程度地減少耦合到線束中的噪聲，從而消除了輸入濾波器的影響。同時，應將輸入濾波器模塊放置在靠近連接器且遠離DC / DC的位置，以免對濾波器電感器產生任何噪聲。

如果無法進行此類放置，則設計人員應為DC / DC轉換器模塊（轉換器IC，電感器和輸入電容器）使用局部屏蔽。屏蔽層會增加設計成本，但可以幫助節省過濾組件，通常這取決于設計是否兼容。

如果LED照明解決方案需要金屬散熱片來散熱，則該散熱片可以充當屏蔽層。有兩種可能的情況：

散熱器具有多個良好的GND連接點，以減少輻射并保護器件免受干擾。

散熱器與GND的連接不良（例如，只有一個接觸點），因此屏蔽效果較差，甚至可能充當貼片天線。在這種情況下，在散熱器和GND之間的連接點處添加一個鐵氧體磁珠，以提高設計的抗干擾能力。

當LED負載與驅動器板不在同一PCB上時，較長的負載線（> 10 cm）會產生過多的噪聲。為了減輕這種情況，請在輸入端使用共模扼流圈。甚至更簡單的解決方案是在VIN電纜連接和GND電纜連接處放置兩個鐵氧體磁珠，如圖1所示。當傳導發射很高，在50 MHz至108 MHz之間時，在兩根負載電纜上都使用輸出濾波器有助于輻射發射。

圖1用于具有遠程負載的LED驅動器的良好輸入濾波器設計在電纜連接處包括鐵氧體磁珠。

PCB布線

在規劃PCB布局之后，請考慮將DC / DC轉換開關節點路由到何處。在EDN文章“PCB設計，低EMI DC-DC轉換器”提供了關于如何設計的DC / DC模塊有用的指示。

由于汽車照明對于安全至關重要，因此LED設計必須保持一定的亮度水平和穩定性，而不受干擾的影響。因此，重要的是保持LED驅動器電路產生的低電磁干擾（EMI）以及低的干擾敏感性。

大多數LED驅動器IC使用恒定電流方法，并且可能具有電流感應電阻器。其他高級驅動器具有進入IC的多條跡線，這些跡線會吸收噪聲并可能影響性能（例如，溫度感應或調光）。將這些走線盡可能在電路板的內層布線，并在外層用銅屏蔽它們。

當使用2層PCB時，請避免通過布線較長的走線來切割GND平面。這樣的大切口是許多布局中的常見錯誤，當大切口靠近DC / DC模塊時，這尤其危險，因為參考GND平面中的切口會增加阻抗，并根據尺寸而產生高頻噪聲。而是通過在頂層和底層之間交替較短的距離來布線走線，如圖2所示。這種方法減少了每條走線的長度，從而使電路板更不受高頻干擾的影響。

圖2在2層電路板設計中，為了避免產生高頻噪聲的可能性最小，請在兩層電路板設計中通過交替排列較短的長度來避免長時間的走線。

還要注意通過放置。在元件附近有許多走線的小板上，通常使用過孔進行布線。但是，如圖3所示，緊密堆積的通孔也會導致金屬層的長切口。確保過孔之間有足夠的空間，以便可以在它們之間放置GND銅層，以避免大的切口。

圖3如果過孔之間的距離太近，連接過孔會在接地平面上產生不希望的長切口。

半導體EMC改進

在過去的幾年中，半導體制造商已經想出了幾種方法來提高DC / DC功率和效率，同時還改善電路的EMC。一種方法是使用頻率擴展頻譜（FSS）調制（有時稱為抖動）將基本開關頻率的能量擴展到具有較低峰值的較寬頻帶。這種方法允許轉換器在AM波段（535 kHz至1605 kHz）內切換時通過EMC測試。當轉換器切換到高于AM頻段的頻率時，它還可以降低FM頻段（88 MHz至108 MHz）中輻射的噪聲。

制造商改善轉換器EMI的另一種方法是包括一個封裝內的去耦電容器。這通過最小化電容器和開關之間的寄生電感來提供有效的去耦，并且還降低了PCB BOM成本。

MPS的MPQ7200是高級LED驅動器的一個很好的例子。借助工廠調整的FSS調制選項以提高EMI性能，該器件在降壓模式下以2.3 MHz切換，在降壓-升壓逆變器（BBI）模式下以1 MHz切換。在硅中實現了一種低損耗電流檢測方法，從而無需外部電流檢測電阻器及其相關走線。

隨著越來越多的LED用于幫助駕駛員與其車輛通信，LED技術實現了信號和安全性方面的創新。現代LED照明設計需要提供出色的靈活性，同時保持堅固性并消除EMC問題。照明解決方案通常在BOM數量有限的小型PCB中使用，因此有必要進行周密的組件布置和布局設計，以滿足日益增長的EMC要求。LED驅動器芯片的功能改進也有助于解決此問題。

FrancescEstragués是Monolithic Power Systems的一名應用工程師，Ralf Ohmberger是一名高級應用工程師。

編輯：hfy