汽車行業一直在尋求改進，從而使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，現在，工程師可能需要依靠降壓拓撲來達到新的效率標準。

降壓型能夠以更高的效率提供比典型 LDO 更多的功率，但有一個缺點——它的開關特性會產生電磁干擾 (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，包括優化電路板布局、利用 IC 功能和添加電路。

DC/DC 轉換器通過輸入紋波、與附近電路的電和磁耦合以及電磁輻射產生 EMI。EMI 會干擾 AM/FM 無線電接收器和其他敏感設備，例如主機或高級駕駛員輔助系統 (ADAS) 傳感器。顯著的 EMI 會在無線電和主機音頻中產生靜態噪聲或其他類型的噪聲，干擾 ADAS 傳感器，并降低其他系統的性能。

為了防止這種顯著的退化，工程師需要設計符合官方標準的系統，例如國際無線電干擾特別委員會 (CISPR) 25 Class 5。因為糟糕的布局可能導致任何設備無法達到標準機構設定的 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化實踐。降壓轉換器最重要的做法是：

通過快速變化的電壓（高 dv/dt）減少節點的表面積，以及

通過快速變化的電流（高 di/dt）減小電流回路的面積。

這兩個基本規則將規定工程師放置某些組件的位置，以最大限度地減少 EMI。

不幸的是，即使是最優化的 PCB 布局也無法避免所有與 EMI 相關的問題。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化 EMI 布局。例如，一個非常緊湊的布局可能要求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，而不是使 EMI 最小化的最佳位置。

這些和其他布局限制可能會導致 EMI 降低系統性能。即使有經驗和細心，電路板也可能需要進一步優化。這些額外的董事會修訂需要時間和金錢。那么，除了優化布局之外，您還能做些什么來最大程度地降低應用的 EMI？

繞過電路板布局限制

如果無法優化布局以獲得最佳 EMI，一些 DC/DC 轉換器會在器件級別提供大量封裝和功能改進，以幫助最大限度地降低 EMI 并更容易滿足 CISPR 25 5 類限制。這些特性使電路板設計與布局無關；換句話說，它們可以幫助彌補布局缺陷。

例如，擴頻是一種擴展諧波能量以降低峰值和平均 EMI 測量值的最大值的功能。它通過抖動開關頻率（正負某個百分比）來擴展頻譜密度來做到這一點。例如，傳播 ±2% 會看到諧波能量在 25次?和更高次諧波上的完全混合或重疊，而不是固定頻率，這將保持諧波尖峰在基頻處間隔開。能量均勻分布在較高的頻率，導致測量值的包絡較低，需要較少的濾波和布局優化，從而節省時間和金錢。

壓擺率控制是另一個有助于提高 EMI 性能的功能。EMI 的主要來源是開關環。開關振鈴是由于高邊 FET 的快速導通，迅速從輸入電容中拉出電流，導致輸入寄生環路電感和寄生電容的諧振造成數百兆赫的振鈴的低端 FET。減慢這個上升時間會減慢這個即時電流消耗，從而減少振鈴和 EMI?？梢酝ㄟ^添加與引導電容器串聯的電阻器（大約幾歐姆）來減慢上升時間，并且某些設備具有專用的引導電阻器引腳。這里有一個權衡：減慢 FET 的壓擺可以最大限度地減少 EMI，但也會增加開關損耗，從而降低效率。

還有有助于抑制 EMI 的封裝級功能。一個例子是 TI 的 HotRod 封裝，它消除了內部鍵合線，?如圖 1所示。不連續的電流會在開關節點上引起數百兆赫茲的振鈴，它會耦合和輻射，從而導致 EMI。移除輸入電容器不連續電流的高 di/dt 回路路徑中的接合線可降低回路電感。這反過來又降低了振鈴中的能量，從而降低了 EMI。HotRod?封裝提供LM61460-Q1?和?LM53635-Q1?等器件。

圖 1 此橫截面視圖允許工程師比較標準的引線鍵合四方扁平無引線 (QFN) 封裝和 TI 的 HotRod QFN。資料來源：?德州儀器

其他封裝級功能包括優化的引腳排列。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，以便為電容器連接提供最佳位置。

更進一步的是對稱引腳排列。將 VIN/PGND 對稱地放置在封裝的任一側可使輸入環路磁場獨立，從而進一步降低 EMI。許多 DC/DC 降壓轉換器（例如?LMR33630、? LMR36015、? LM61460和?LMQ61460-Q1 ）?具有對稱的 VIN/PGND 引腳對（圖 2b）。

集成輸入電容器

下一代 EMI 優化封裝使用集成電容器來進一步降低輸入寄生電感。LMQ61460-Q1 在兩側包括兩個集成輸入旁路電容器，一個用于每個 VIN/PGND 對。這些電容器是橫跨圖 2a所示的右上角和右下角引腳對（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，因為汽車應用中常見的更高輸入電壓和更高輸出電流會加劇該領域的問題。

圖 2 X 射線圖像顯示了帶有集成電容器的 LMQ61460-Q1 降壓靜音轉換器 (a)，您可以將其與引腳分配參考 (b) 進行比較。資料來源：德州儀器

雖然 EMI 確實在汽車應用中提出了挑戰，但如果設計工程師遇到電路板布局限制，他們也并非無計可施。有很多方法可以應對這一挑戰，從戰略性器件引腳排列到集成特性，如低電感封裝、轉換速率控制、擴頻和集成電容器。

這些特性使工程師能夠放寬嚴格的 EMI 布局優化要求，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化空間。這些功能可改進您的設計，以滿懷信心地滿足標準機構設定的 EMI 限制。

使用 DC/DC 降壓轉換器功能優化汽車設計中的 EMI – EDN

審核編輯：湯梓紅