TI工程師：如何設計EMI兼容的汽車(chē)開(kāi)關(guān)穩壓器

　　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)射標準。事實(shí)上，EMI是相當低的能量效應。例如，在1MHz的狀況下，只要20nW的EMI便會(huì )違反FCC對于傳導發(fā)射的規范。傳導發(fā)射是以頻譜分析儀監測輸入來(lái)源高頻率元件而測得。線(xiàn)路阻抗穩定網(wǎng)路（LISN）可作為開(kāi)關(guān)穩壓器的低阻抗，以及頻譜分析儀線(xiàn)路噪聲的高通濾波器。因此，開(kāi)關(guān)穩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(chē)出現EMI的其中一個(gè)主要因素是開(kāi)關(guān)穩壓器在電源排線(xiàn)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(xiàn)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展的AC三角波形，如圖2（b）的綠色信號線(xiàn)所示。

　　只要加入L2及C2，波形便會(huì )變成正弦曲線(xiàn)，而能量會(huì )重新調整為相當低的高頻率峰值。不過(guò)，如果不能正確設計輸入濾波器，則會(huì )將噪聲放大而使得控制回路不穩定。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(dòng)模式濾波器或雙向電容輸入濾波器都相當實(shí)用，這些能夠避免EMI噪聲進(jìn)入線(xiàn)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(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，因此應該謹慎使用。

　　選用正確的元件

　　元件選擇是設計EMI兼容開(kāi)關(guān)穩壓器的關(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(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的切換節點(diǎn)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，但還是需要說(shuō)明的是：不正確選用開(kāi)關(guān)穩壓器的回路補償元件，會(huì )使得EMI加劇。如果未正確補償電源供應，輸出紋波及不穩定現象會(huì )使噪聲增加。經(jīng)過(guò)適當補償的電源供應是達到良好噪聲性能的關(guān)鍵。

　　謹記電流經(jīng)過(guò)的路徑

　　現在需要處理EMI兼容開(kāi)關(guān)穩壓器最容易控制的必需層面，也就是電路信號線(xiàn)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線(xiàn)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，必須將大電流導體的回路部分縮減至最小。這樣做能夠將作為天線(xiàn)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(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、電路信號線(xiàn)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)明的最后幾項技術(shù)是噪聲屏蔽及噪聲擴散，這些可在運用前文討論的技術(shù)之后用來(lái)提