TI工程師：如何設(shè)計(jì)EMI兼容的汽車開關(guān)穩(wěn)壓器

　　您可以將EMI視為不適宜的能量，而這個(gè)能量不需要太多就有可能違反發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上，EMI是相當(dāng)?shù)偷哪芰啃?yīng)。例如，在1MHz的狀況下，只要20nW的EMI便會(huì)違反FCC對(duì)于傳導(dǎo)發(fā)射的規(guī)范。傳導(dǎo)發(fā)射是以頻譜分析儀監(jiān)測(cè)輸入來(lái)源高頻率元件而測(cè)得。線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)路（LISN）可作為開關(guān)穩(wěn)壓器的低阻抗，以及頻譜分析儀線路噪聲的高通濾波器。因此，開關(guān)穩(wěn)壓器的輸入是下一個(gè)需要注意之處。

輸入濾波器的考量

　　造成汽車出現(xiàn)EMI的其中一個(gè)主要因素是開關(guān)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(dǎo)發(fā)射的各種波形。例如，在非隔離式升壓轉(zhuǎn)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(guò)，輸入電流具有該波形傅里葉擴(kuò)展的AC三角波形，如圖2（b）的綠色信號(hào)線所示。

　　只要加入L2及C2，波形便會(huì)變成正弦曲線，而能量會(huì)重新調(diào)整為相當(dāng)?shù)偷母哳l率峰值。不過(guò)，如果不能正確設(shè)計(jì)輸入濾波器，則會(huì)將噪聲放大而使得控制回路不穩(wěn)定。因此，了解濾波器設(shè)計(jì)的概念，對(duì)于優(yōu)化濾波器回波及成本相當(dāng)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(shè)計(jì)降壓或升壓電源，差動(dòng)模式濾波器或雙向電容輸入濾波器都相當(dāng)實(shí)用，這些能夠避免EMI噪聲進(jìn)入線路以及輻射和/或傳導(dǎo)噪聲。需要注意的是，與濾波器元件相關(guān)的跨繞組終端電容及電容ESR等寄生元件會(huì)明顯影響諧波的衰減，因此應(yīng)該謹(jǐn)慎使用。

　　選用正確的元件

　　元件選擇是設(shè)計(jì)EMI兼容開關(guān)穩(wěn)壓器的關(guān)鍵部分。例如，屏蔽的電感有助于縮小會(huì)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(chǎng)。

　　具有軟反向或低反向恢復(fù)特性的二極管，能夠?qū)膶?dǎo)通狀態(tài)變成截止?fàn)顟B(tài)的二極管相關(guān)的大浪涌電流降至最低。這些峰值電流會(huì)與寄生電容產(chǎn)生作用，而在超出100MHz的切換節(jié)點(diǎn)造成振蕩，并且對(duì)EMC試驗(yàn)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(shuō)明的是：不正確選用開關(guān)穩(wěn)壓器的回路補(bǔ)償元件，會(huì)使得EMI加劇。如果未正確補(bǔ)償電源供應(yīng)，輸出紋波及不穩(wěn)定現(xiàn)象會(huì)使噪聲增加。經(jīng)過(guò)適當(dāng)補(bǔ)償?shù)碾娫垂?yīng)是達(dá)到良好噪聲性能的關(guān)鍵。

　　謹(jǐn)記電流經(jīng)過(guò)的路徑

　　現(xiàn)在需要處理EMI兼容開關(guān)穩(wěn)壓器最容易控制的必需層面，也就是電路信號(hào)線路徑及元件位置。元件位置會(huì)在很大程度上影響電路信號(hào)線路徑。前文曾經(jīng)說(shuō)過(guò)EMI是不適宜的能量，而且變化的電流及電壓會(huì)通過(guò)寄生電容、互感或空氣耦合到敏感電路（例如高阻抗）。因此，對(duì)于將來(lái)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(gè)電源的正確配置中，必須將大電流導(dǎo)體的回路部分縮減至最小。這樣做能夠?qū)⒆鳛樘炀€源和發(fā)射能量的電感降至最低。其中一個(gè)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(zhuǎn)換器的輸出功率級(jí)與濾波器。C3將功率級(jí)去耦合，以便在Q2啟動(dòng)時(shí)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(hào)線及通過(guò)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)。

　　屏蔽

　　本文將說(shuō)明的最后幾項(xiàng)技術(shù)是噪聲屏蔽及噪聲擴(kuò)散，這些可在運(yùn)用前文討論的技術(shù)之后用來(lái)提