通过设备级功能和封装选项将车辆设计中的 EMI 降至最低

众所周知，汽车环境的 EMI 问题在最初设计阶段需要仔细注意，以确保一旦系统开发完成能通过 EMI 测试。直到不久前，尚没有一种确定的方法保证，通过恰当地选择电源 IC，就能够轻松解决 EMI 问题。

随着车辆系统的发展，需要更多功率的应用数量不断增加。设计更高功率系统的工程师经常从低压差 (LDO) 稳压器切换到具有更高效率和热性能的 DC/DC 降压转换器。然而，这种转变带来了一些挑战，因为DC/DC降压转换器的电磁干扰 (EMI) 比 LDO 稳压器高得多。

EMI 会影响 AM/FM 无线电接收器和驾驶员辅助传感器等敏感组件，而高 EMI 实际上会降低甚至干扰正常的系统运行。因此，国际无线电干扰特别委员会 (CISPR) 25 Class 5 等官方标准为配备内燃机的车辆和船舶制定了 EMI 限制。

如何克服电路板布局 限制

减轻 EMI 的最简单方法之一是采用适当的印刷电路板 (PCB) 设计，对于降压转换器，最重要的考虑因素是：

· 减少高瞬态电压（dv/dt）节点的表面积

· 减少高瞬态 (di/dt) 环路的环路面积

这意味着某些组件的正确放置有助于将 EMI 降至最低。

然而，电路板的尺寸或形状会限制某些组件的放置，并且更换电路板的时间和成本可能会令人望而却步。如果尽管有这些限制，您的应用程序必须符合 CISPR 25 Class 5 EMI 限制，您如何解决这些限制？

当无法选择 EMI 优化布局时，可以通过与布局无关的封装和具有器件级功能改进的 DC/DC 转换器来减轻 EMI。

EMI - 兼容 设备 级 功能

扩频是通过抖动开关频率来扩展由开关节点引起的 EMI 谐波峰值的功能。分散高次谐波峰值的能量将高、突变的发射转换为低的、渐进的发射，从而减少了必须考虑 EMI 发射限制的设计所需的滤波和优化量。

翻转控制减少了高边场效应晶体管（FET）的启动时间，从而节省了高频谐波的能量。只需添加一个与启动电容器串联的小电阻器，或在内置此功能的设备上的专用 RBOOT 引脚上使用启动电阻器。但是，如果 FET 的转速变慢，则 EMI 会得到改善，但效率会降低。

符合EMI标准的 封装

有助于抑制 EMI 的封装级特性是 TI 的 HotRod 引线框架上倒装芯片封装，它没有内部接合线。（参见图 1）消除输入电容器的不连续电流流经的高 di/dt 环路路径中的电感焊线消除了输入环路电感的重要来源，这是前面提到的关键考虑因素之一（对于高di/dt 循环）。面积减少）可以满足。

图1：标准 引线键合 QFN（四方扁平无铅）封装和HotRod封装的横截面。

另一个封装级特性是对关键路径使用对称引脚。DC/DC 降压转换器（LMR33630-Q1、  LMR36015-Q1、  LM61460-Q1、  LMQ61460-Q1）在中间有一个开关节点引脚，在每一侧都有 PGND 和 VIN。这种对称性产生了一个磁场，可以改善磁场抑制并减少与附近电路的耦合。

集成 输入 电容

为了进一步降低设备级别的 EMI，LMQ61460-Q1 等产品在封装内集成了一个输入电容器。图 2a 显示，这些电容器是横跨右上角和底部一对引脚 VIN 和 PGND 的黑色矩形（有关引脚排列，请参见图2b）。在封装内包含输入电容器可降低寄生电感、振铃和高频 EMI，再次满足第二个考虑。高频 EMI 尤为重要，因为汽车应用中常见的条件（例如高输入电压和高输出电流）会加剧高频范围内的问题。

LMQ61460-Q1是一款具有集成旁路电容器的高性能DC-DC同步降压变换器。集成高侧和低侧MOSFET，在3.0 V至36 V的宽输入范围内提供高达6 A的输出电流；42-V公差支持持续400毫秒的负载转储。该设备实现了从丢失中的软恢复，消除了输出上的超调。
该设备专为最小EMI而设计。该设备采用伪随机扩频、集成旁路电容、可调SW节点上升时间、低EMI VQFN-HR封装（具有低开关节点振铃）和优化的引脚以便于使用。开关频率可在200 kHz和2.2 MHz之间同步，以避免噪声敏感频带。此外，可选择频率以提高低工作频率下的效率，或在高工作频率下选择较小的溶液尺寸。
自动模式在轻载运行时启用频率折叠，允许空载电流消耗仅为7μA（典型）和高轻载效率。PWM和PFM模式之间的无缝转换，以及非常低的MOSFET导通电阻和外部偏置输入，确保整个负载范围内的卓越效率。

(一) (二)

图2：具有集成 电容器 (a)、LMQ61460-Q1引脚排列(b)的LMQ61460-Q1的X射线图像

EMI 会影响汽车应用。尽管电路板布局受到限制，但仍有一些替代方案允许设备级功能和更新的封装类型应用可靠的 EMI 缓解技术来改进设计并让您高枕无忧地遵守 EMI 辐射限制。