器件级功能和封装选项如何帮助汽车电子最小化EMI

随着汽车系统的不断发展，需要额外动力的应用数量不断增加。设计更高功率系统的工程师通常从低压差（LDO）调节器切换到DC/DC 降压转换器，因为后者的效率和热性能得到了改善。不幸的是，由于DC/DC 降压转换器的电磁干扰（EMI）要比它们所替代的LDO调节器高出许多，所以制造这种开关是要付出代价的。

因为电磁干扰会影响诸如AM/FM无线电接收器和驾驶辅助传感器等敏感部件，而且严重的电磁干扰实际上会降低甚至妨碍系统正常工作，官方标准，如国际无线电干扰委员会（CISPR）25 5级，规定了装有内燃机的车辆和船只的电磁干扰限值。

超过电路板布局的限制

减轻电磁干扰最简单的方法之一是采用正确的印刷电路板（PCB）布局。对于buck转换器，您最重要的考虑事项是：

减小高瞬态电压（dv/dt）节点的表面积。

减小高瞬态电流（di/dt）的回路面积。

这些考虑因素决定了某些组件的位置，如果操作得当，可以帮助最小化EMI。

然而，电路板的尺寸或形状会限制某些元件的放置，而修改电路板所需的时间和成本可能会令人望而却步。那么，如果你有这样的限制，但在你的申请中需要保持在CISPR 25 5类EMI限制下，你有什么选择？

如果不可能为EMI优化布局，那么有一些DC/DC转换器具有布局无关的封装和在设备级别的功能改进，当EMI优化布局不是一个明智选择时，可以帮助减轻EMI。

EMI友好的器件级功能

扩频是一种使开关频率发生抖动以扩展由开关节点引起的EMI谐波峰值的特性。分散高次谐波峰值的能量可以将高、尖锐的发射转化为低、平滑的发射，这反过来又减少了符合设计标准所需的过滤和优化量。

转换速率控制减少了高边场效应晶体管（FET）的开启时间，从而减少了高频谐波中的能量。只需在启动电容器上串联一个小电阻，或者在内置此功能的设备的专用RBOOT引脚上使用启动电阻。然而，减缓FET的旋转虽可以提高EMI，但会降低效率。

封装令EMI更友好

有助于抑制电磁干扰的封装级功能包括TI的HotRod引线框架封装上的倒装芯片，没有内部连接线；见图1。移除输入电容器不连续电流的高di/dt回路路径中的感应键合线消除了输入回路电感的重要来源，并满足了一个主要考虑因素——减小高di/dt回路的面积。

图1：标准引线键合四扁平无铅封装和 HotRod封装的横截面

另一个包级别的特性是对关键路径使用对称的pinout。DC/DC降压转换器，如LMR33630-Q1、LMR36015-Q1、LM61460-Q1和LMQ61460-Q1在中心有一个开关节点管脚，两侧都有PGND和VIN。这种对称性创造了两个磁场，提供了更好的磁场遏制和减少到附近电路的耦合。

集成输入电容器

为了在设备级进一步降低电磁干扰，像LMQ61460-Q1这样的产品现在在封装内部集成了输入电容器。图2a将这些电容器表示为横跨右上角和右下针对VIN和PGND的黑色矩形。请参阅图2b了解插脚。在封装内部包括输入电容器，可降低寄生电感、震荡和高频EMI。高频电磁干扰尤其重要，因为在高输入电压和高输出电流的情况下，高频范围内的问题会变得更糟，这是汽车应用中常见的情况。

图2:LMQ61460-Q1带集成电容器的X射线图像（a）；LMQ61460-Q1引脚（b）

电磁干扰确实给汽车应用带来了挑战。但布局限制并不意味着你没有选择余地。设备级功能和现代封装类型提供可靠的EMI缓解技术，因此您可以改进您的设计并自信地保持在EMI要求以下。