通过设备级功能和封装选项最大限度地减少车辆设计中的 EMI

1.前言

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通常会从低压差 (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系统的正常运行。为此，Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (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。

2.如何来克服板布局 的限制

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：

· 减少了高瞬态电压 (dv/dt) 节点的表面积

· 减少高瞬态 (di/dt) 回路的回路面积

这意味着正确放置某些组件可以帮助最大限度地减少 EMI。

但是，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 5 类 EMI 限制，您如何解决这些限制？

当无法考虑 EMI 进行布局优化时 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设备级增强功能的 DC/DC 转换器来减轻 EMI。

3.EMI一个 兼容 设备 级 特征

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。高次谐波峰值能量的扩散将高且突然的发射变成低的、渐进的发射，这减少了必须考虑 EMI 发射限制的设计所需的滤波和优化量。

转速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，或在内置此功能的设备的专用 RBOOT 引脚上使用启动电阻。然而，降低 FET 的转速会改善 EMI，同时降低效率。

4.EMI兼容 封装

有助于抑制 EMI 的封装级特性是 TI 的无内部键合线的 HotRod引线框架倒装芯片封装。（参见图 1）从输入电容器的不连续电流流过的高 di/dt 环路路径中移除电感键合线可消除输入环路电感的重要来源，并且是前面提到的关键考虑因素之一（高可以满足高 di/dt 环路的 di/dt 环路）。

图1：标准 引线 键合QFN（四方 扁平 引线）封装和HotRod封装 部分

另一个封装级特性是对关键路径使用对称引脚排列。DC/DC 降压转换器在中心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。

5.集成 输入 电容器

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方和下方引脚对 VIN 和 PGND 的黑色矩形（有关引脚分布，请参见图2b）。将输入电容包含在封装内可降低寄生电感、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。

(a) (b)

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。尽管电路板布局存在局限性，但仍有一些替代方案，其中设备级功能和更新的封装类型可以应用可靠的 EMI 缓解技术来改进设计并确保安全地遵守 EMI 辐射限制。