EMI兼容的汽車開關穩(wěn)壓器設計

　　造成汽車出現(xiàn)EMI的其中一個主要因素是開關穩(wěn)壓器在電源排線上傳入AC電流。這些變化的電流本身具有輻射發(fā)射及傳導發(fā)射的各種波形。例如，在非隔離式升壓轉換器中，圖2（a）所示的輸入電容（C2）及升壓電感（L1）形成隔離線路發(fā)射的單向EMI濾波器。不過，輸入電流具有該波形傅里葉擴展的AC三角波形，如圖2（b）的綠色信號線所示。

　　只要加入L2及C2，波形便會變成正弦曲線，而能量會重新調(diào)整為相當?shù)偷母哳l率峰值。不過，如果不能正確設計輸入濾波器，則會將噪聲放大而使得控制回路不穩(wěn)定。因此，了解濾波器設計的概念，對于優(yōu)化濾波器回波及成本相當重要。使用SPICE的AC分析是有效了解濾波器行為的工具。

　　不論是設計降壓或升壓電源，差動模式濾波器或雙向電容輸入濾波器都相當實用，這些能夠避免EMI噪聲進入線路以及輻射和/或傳導噪聲。需要注意的是，與濾波器元件相關的跨繞組終端電容及電容ESR等寄生元件會明顯影響諧波的衰減，因此應該謹慎使用。

　　選用正確的元件

　　元件選擇是設計EMI兼容開關穩(wěn)壓器的關鍵部分。例如，屏蔽的電感有助于縮小會產(chǎn)生輻射且耦合成為互感及高阻抗電路（例如PWM控制器的輸入誤差放大器）的漏磁場。

　　具有軟反向或低反向恢復特性的二極管，能夠將從導通狀態(tài)變成截止狀態(tài)的二極管相關的大浪涌電流降至最低。這些峰值電流會與寄生電容產(chǎn)生作用，而在超出100MHz的切換節(jié)點造成振蕩，并且對EMC試驗造成不良影響。雖然不在本文的討論范圍內(nèi)，但還是需要說明的是：不正確選用開關穩(wěn)壓器的回路補償元件，會使得EMI加劇。如果未正確補償電源供應，輸出紋波及不穩(wěn)定現(xiàn)象會使噪聲增加。經(jīng)過適當補償?shù)碾娫垂沁_到良好噪聲性能的關鍵。

　　謹記電流經(jīng)過的路徑

　　現(xiàn)在需要處理EMI兼容開關穩(wěn)壓器最容易控制的必需層面，也就是電路信號線路徑及元件位置。元件位置會在很大程度上影響電路信號線路徑。前文曾經(jīng)說過EMI是不適宜的能量，而且變化的電流及電壓會通過寄生電容、互感或空氣耦合到敏感電路（例如高阻抗）。因此，對于將來源的發(fā)射量降至最低、元件位置及電流路徑具有重要的效用。

　　在一個電源的正確配置中，必須將大電流導體的回路部分縮減至最小。這樣做能夠將作為天線源和發(fā)射能量的電感降至最低。其中一個層面是有效放置元件及選用去耦電容。圖3顯示同步降壓轉換器的輸出功率級與濾波器。C3將功率級去耦合，以便在Q2啟動時提供低阻抗源。為了將輻射發(fā)射量降至最低，必須如圖所示連接C3，其中電容的固有阻抗、電路信號線及通過電感的互連均縮減至最小。另外，也需要具有諸如X7R等高自振頻率的高品質(zhì)電容電介質(zhì)。