如何降低穩(wěn)壓器產(chǎn)生的EMI

創(chuàng)建高效和緊湊的設計同時遵守國際無線電干擾特別委員會 （CISPR） 等組織提出的嚴格的電磁干擾 （EMI） 要求是一項挑戰(zhàn)。因此，元件選擇成為設計過程的關鍵部分。

與大多數(shù)設計決策一樣，在不同組件之間進行選擇幾乎總是歸結為基于您最關鍵的設計目標的權衡評估。降壓穩(wěn)壓器以高效率和良好的熱性能著稱，通常不被視為低 EMI 選項。幸運的是，您有多種選擇來降低此類穩(wěn)壓器產(chǎn)生的 EMI。為了幫助進一步討論，圖 1 顯示了簡化的降壓穩(wěn)壓器原理圖。

圖 1. 簡化的降壓穩(wěn)壓器原理圖。圖片由 Bodo‘s Power Systems提供

電路板布局注意事項

除了選擇適當?shù)臒o源元件值以確保功能設計之外，當您的設計必須符合 EMI 限制時，電路板布局應該是您的首要考慮因素。有兩個通用規(guī)則可以幫助將所有降壓穩(wěn)壓器板布局產(chǎn)生的 EMI 降至最低：

通過使輸入電容器和引導電容器盡可能靠近集成電路的 VIN 和 GND 引腳，最大限度地減少高瞬態(tài)電流 （di/dt） 環(huán)路區(qū)域。

通過最小化開關節(jié)點的面積來最小化高瞬態(tài)電壓 （dv/dt） 節(jié)點的表面積。

在無法優(yōu)化電路板布局的情況下，還有其他選擇。在技術文章“設備級特性和封裝選項如何幫助最大限度地降低汽車設計中的 EMI”中了解有關它們的更多信息。

集成輸入電容器

如前所述，在設計開關穩(wěn)壓器以保持在 EMI 限制之下時，減小高 di/dt 電流環(huán)路的面積非常重要。在降壓穩(wěn)壓器中，從 EMI 角度考慮輸入電壓對地環(huán)路非常重要。降壓穩(wěn)壓器通過打開和關閉與電源的連接將較高的直流電壓降至較低的電壓，從而產(chǎn)生高端金屬氧化物半導體場效應晶體管 （MOSFET） （Q1） 電流，如圖 2 所示。

MOSFET 快速開啟和關閉，產(chǎn)生由輸入電容器提供的非常尖銳、幾乎不連續(xù)的電流。一些器件（例如 TI 的 3-A LMQ66430-Q1 和 6-A LMQ61460-Q1 36-V 降壓穩(wěn)壓器）在封裝內(nèi)集成了高頻輸入電容器，從而實現(xiàn)了盡可能小的輸入電流環(huán)路面積。減小此輸入電流回路的面積會導致輸入端的寄生電感更小，從而減少發(fā)射的電磁能量。

圖 2. 降壓穩(wěn)壓器的輸入電流波形。圖片由 Bodo’s Power Systems提供

集成引導電容器

您應該考慮的另一個高 di/dt 電流環(huán)路是自舉電容環(huán)路。自舉電容負責在導通期間為高邊 MOSFET 柵極驅(qū)動器提供電荷。內(nèi)部電路在關斷期間刷新該電容器。高端 MOSFET 的源極端子連接到開關節(jié)點而不是 GND。將自舉電容連接到 MOSFET 的源極引腳可確保柵源電壓 （VGS） 足夠高以開啟 MOSFET。對于大多數(shù)降壓穩(wěn)壓器，您必須在電路板上留出一些可用的開關節(jié)點區(qū)域來連接自舉電容器，盡管在嘗試最小化開關節(jié)點的 EMI 區(qū)域時，這可能會適得其反。通過在封裝內(nèi)集成啟動電容器，

結論

在嚴格的 EMI 限制下設計緊湊型電源設計可能很困難。具有集成電容器的降壓穩(wěn)壓器可以使符合 EMI 的設計過程更容易，同時還有助于減少整體外部組件數(shù)量。