【導讀】在實(shí)現高效緊湊設計的同時(shí)遵守國際無(wú)線(xiàn)電干擾特別委員會(huì ) (CISPR) 等組織提出的嚴格電磁干擾 (EMI) 要求是一項挑戰。因此，元件的選擇成為設計過(guò)程的關(guān)鍵。與大多數設計決策一樣，在不同元件之間進(jìn)行選擇幾乎總是歸結為基于關(guān)鍵設計目標的權衡評估。降壓穩壓器以高效率和良好的熱性能著(zhù)稱(chēng)，但通常不被視為具有低 EMI。幸運的是，您有多種選擇來(lái)降低此類(lèi)穩壓器產(chǎn)生的 EMI。為方便進(jìn)一步討論，圖 1 展示了降壓穩壓器的簡(jiǎn)化原理圖。
圖 1：降壓穩壓器簡(jiǎn)化原理圖
電路板布局布線(xiàn)注意事項
當設計必須符合 EMI 要求時(shí)，除了選擇適當的無(wú)源器件值確保功能設計之外，電路板布局布線(xiàn)應該是需要考慮的首要因素。有兩個(gè)降壓穩壓器電路板布局布線(xiàn)通用規則可幫助有效降低 EMI：
使輸入電容器和自舉電容器盡可能地靠近集成電路的 VIN 和 GND 引腳，從而更大程度地減少高瞬態(tài)電流 (di/dt) 的環(huán)路面積。
盡可能減小開(kāi)關(guān)節點(diǎn)的面積，從而更大程度地減小高瞬態(tài)電壓 (dv/dt) 節點(diǎn)的表面積。
電路板布局布線(xiàn)無(wú)法實(shí)現優(yōu)化時(shí)，還有其他選項。要詳細了解其他選項，請前往 TI E2E? 中文支持論壇，閱讀技術(shù)文章《器件級功能和封裝選項如何幫助有效降低汽車(chē)設計中的 EMI》。
集成輸入電容器
如前所述，在 EMI 要求限制之下進(jìn)行開(kāi)關(guān)穩壓器的設計時(shí)，減小高瞬態(tài)電流 (di/dt) 環(huán)路的面積非常重要。在降壓穩壓器中，需要從 EMI 的角度考慮輸入電壓對地環(huán)路。降壓穩壓器通過(guò)開(kāi)啟和關(guān)斷電源連接將較高的直流電壓降為較低的電壓，從而在高側產(chǎn)生金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管 (MOSFET) Q1 電流，如圖 2 所示。
圖 2：降壓穩壓器的輸入電流波形
MOSFET 快速開(kāi)啟和關(guān)閉，產(chǎn)生由輸入電容器提供的非常尖銳且幾乎不連續的電流。某些器件，例如 TI 的 3A LMQ66430-Q1 和 6A LMQ61460-Q1 36V 降壓穩壓器，在封裝內集成高頻輸入電容器，從而盡可能減小輸入電流環(huán)路的面積。減小輸入電流環(huán)路的面積可降低輸入端的寄生電感，從而減少電磁能量的輸出。
集成自舉電容器
需要考慮的另一個(gè)高瞬態(tài)電流 (di/dt) 環(huán)路就是自舉電容環(huán)路。自舉電容器負責在導通期間為高側 MOSFET 柵極驅動(dòng)器提供電荷。內部電路在關(guān)斷期間對該電容器重新充電。高側 MOSFET 的源極端子連接至開(kāi)關(guān)節點(diǎn)而不是 GND。將自舉電容器連接到 MOSFET 的源極引腳可確保柵源電壓 (VGS) 足夠高以開(kāi)啟 MOSFET。對于大多數降壓穩壓器，必須在電路板上留出一些可用的開(kāi)關(guān)節點(diǎn)區域來(lái)連接自舉電容器，盡管這在通過(guò)盡可能減小開(kāi)關(guān)節點(diǎn)面積來(lái)降低 EMI 過(guò)程中可能產(chǎn)生適得其反的效果。通過(guò)在封裝內集成自舉電容器，LMQ66430-Q1 不僅遵循之前提到的兩個(gè)規則，同時(shí)還減少了對外部元件的需求。
結語(yǔ)
在嚴格的 EMI 要求下實(shí)現空間緊湊的電源設計并不簡(jiǎn)單。具有集成電容器的降壓穩壓器可以使符合 EMI 要求的設計實(shí)現起來(lái)更容易，同時(shí)還有助于減少整體外部元件的數量。
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