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轻松处理轿车环境中的EMI问题

背景印刷电路板布局决定着所有电源的成败,决定着功能、电磁干扰(EMI)和受热时的表现。开关电源布局不是魔术,并不难,只不过在最初设计阶段,可能常常

布景

印刷电路板布局决议着一切电源的胜败,决议着功用、电磁搅扰(EMI)和受热时的体现。开关电源布局不是戏法,并不难,只不过在开端规划阶段,或许常常被忽视。可是,由于功用和EMI要求都要有必要满意,所以对电源功用稳定性有利的组织也常常有利于下降EMI辐射,那么晚做不如早做。还应该说到的是,从一开端就规划一个杰出的布局不会添加任何费用,实际上还能够节约费用,由于无需 EMI滤波器、机械屏蔽、花时刻进行EMI测验和修正PC板。

此外,当为了完成均流和更大的输出功率而并联多个DC/DC开关形式稳压器时,潜在的搅扰和噪声问题或许恶化。假如一切稳压器都以类似的频率作业(开关),那么电路中多个稳压器发生的总能量就会会集在一个频率上。这种能量的存在或许成为一个令人担忧的问题,特别是假如该PC板以及其他体系板上其他的IC彼此靠得很近,易于遭到这种辐射能量影响时。在轿车体系中,这一问题或许特别费事,由于轿车体系是密布摆放的,并且常常接近音频、RF、CAN总线和各种雷达体系。

应对开关稳压器噪声辐射问题

在轿车环境中,常常在注重散热和功率的区域选用开关稳压器来替代线性稳压器。此外,开关稳压器一般是输入电源总线上的第一个有源组件,因而对整个转化器电路的EMI功能有明显影响。

EMI辐射有两种类型:传导型和辐射型。传导型EMI取决于连接到一个产品的导线和电路走线。已然噪声局限于方案规划中特定的终端或连接器,那么经过前述的杰出布局或滤波器规划,常常在开发进程的前期,就能够保证契合传导型EMI要求。

可是,辐射型EMI却另当别论了。电路板上带着电流的一切组成部分都辐射一个电磁场。电路板上的每一条走线都是一个天线,每一个铜平面都是一个谐振器。除了纯正弦波或DC电压,任何信号都发生掩盖整个信号频谱的噪声。即便经过细心规划,在体系承受测验之前,规划师也永久不会真实知道辐射型EMI将有多么严峻。并且在规划基本完成曾经,不或许正式进行辐射EMI测验。

滤波器能够在某个频率上或整个频率范围内衰减强度以下降EMI。部分能量经过空间(辐射)传达,因而可增设金属屏蔽和磁屏蔽来衰减。而在PCB走线上 (传导) 的那部分则可经过增设铁氧体磁珠和其他滤波器来加以操控。EMI不或许彻底消除,可是能够衰减到其他通讯及数字组件可承受的水平。此外,几家监管组织强制履行一些规范以保证契合EMI要求。

选用外表贴装技能的新式输入滤波器组件的功能好于通孔组件。不过,这种改善被开关稳压器开关作业频率的进步抵消了。更快速的开关转化发生了更高的功率、很短的最短接通和断开时刻,因而发生了更高的谐波重量。在开关容量和转化时刻等一切其他参数坚持不变的情况下,开关频率每增大一倍,EMI就恶化6dB。宽带EMI的体现就像一个一阶高通滤波器相同,假如开关频率进步10倍,就会添加 20dB辐射。

有经历的PCB规划师会将热门环路规划得很小,并让屏蔽地层尽或许接近有源层。可是,器材引出脚装备、封装结构、热规划要求以及在去耦组件中存储足够的能量所需的封装尺度决议了热门环路的最小尺度。使问题愈加杂乱的是,在典型的平面印刷电路板中,走线之间高于 30MHz 的磁或变压器型耦合将抵消一切滤波器的尽力,由于谐波频率越高,不想要的磁耦合就变得越加有用。

应对这些EMI问题的全新解决方案

牢靠和真实应对EMI问题的解决方案是,将整个电路放在屏蔽盒中。当然,这么做添加了本钱、增大了所需电路板空间、使热量办理和测验愈加困难并导致额定的拼装费用。另一种常常选用的办法是减缓开关边缘。这么做会发生一种不想要的成果,这便是下降功率、增大最短接通和断开时刻、发生有关的死区时刻,有损于电流操控环路或许到达的速度。

凌力尔特不久前推出了LT8614 Silent Switcher稳压器,该器材无需运用屏蔽盒,却能供给想要的屏蔽盒作用,因而消除了上述缺陷。参见图1。LT8614 还具有世界级的低IQ,作业电流仅为2.5μA。这是该器材在无负载稳压状况时耗费的总电源电流。

图1:LT8614 Silent Switcher最大极限地减小丽EMI/EMC辐射

该器材的超低压差电压仅遭到内部顶端开关的约束。与其他解决方案不同,LT8614的RDSON不受最大占空比和最短断开时刻约束。该器材在呈现压差时越过开关断开周期,仅履行所需的最短断开周期,以坚持内部顶端开关升压级电压继续供给,如图6所示。

一起,LT8614的最低输入作业电压典型值仅为2.9V (最高3.4V),从而使该器材能在有压差时供给3.3V轨。在大电流时 LT8614比LT8610/11的功率更高,由于其总的开关电阻较小。该器材还能够同步至200kHz至3MHz的外部频率。

该器材的AC开关损耗很低,因而它能够以高开关频率作业而功率丢失最小。在对EMI灵敏的使用中(诸如在许多轿车环境中常见的那些使用) 能够完成杰出的平衡,并且LT8614能够在低于AM频带(以完成乃至更低的EMI) 或高于AM频带的频率上作业。在作业开关频率为700kHz的设置中,规范LT8614演示电路板不超越CISPR25 – Calls 5丈量成果的噪声层。

图2所示丈量成果是在电波暗室和以下条件下获得的:12Vin、3.3Vout/2A,固定开关频率为700kHz。

为了比较选用Silent Switcher技能的LT8614和另一种现在最新的开关稳压器LT8610,对LT8614和 LT8610进行了测验。该测验是在GTEM单元中进行的,对两款器材的丈量选用了规范演示电路板以及相同的负载、输入电压和相同的电感器。

能够看到,与LT8610现已十分好的EMI功能比较,选用LT8614 Silent Switcher技能的LT8614完成了多达20dB的改善,特别是在更难以办理的高频区。这使得能够完成更简略、更紧凑的规划,与其他灵敏体系比较,在总体规划上,LT8614开关电源对滤波的要求更低。

在时刻域,LT8614在开关节点边缘上体现得十分好,如图4所示。即便在每格4ns的情况下,LT8614 Silent Switcher稳压器显示出十分小的振铃 (参见图3中的通道2)。LT8610的振铃也很好地衰减了 (图3通道1),可是能够看到这与LT8614 (通道2) 比较,LT8610热门环路存储了较高能量。

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