淩力爾特新型技術應對汽車EMI問題
發布時間：2014-06-26 責任編輯：echotang
【導讀】可靠和真正應對EMI問題的解決方案是，將整個電路放在屏蔽盒中。這麼做增加了成本。另一種方法是減緩開關邊沿。這麼做會降低效率、增大最短接通和斷開時間、淩力爾特新型技術可以避免此兩種問題。
印刷電路板布局決定著所有電源的成敗，決定著功能、電磁幹擾(EMI)和受熱時的表現。開關電源布局不是魔術，並不難，隻不過在最初設計階段，可能常常被忽視。然而，因為功能和EMI要求都要必須滿足，所以對電源功能穩定性有益的安排也常常有利於降低EMI輻射，那麼晚做不如早做。還應該提到的是，從一開始就設計一個良好的布局不會增加任何費用，實際上還可以節省費用，因為無需EMI濾波器、機械屏蔽、花時間進行EMI測試和修改PC板。
此外，當為了實現均流和更大的輸出功率而並聯多個DC/DC開關模式穩壓器時，潛在的幹擾和噪聲問題可能惡化。如果所有穩壓器都以相似的頻率工作(開關)，那麼電路中多個穩壓器產生的總能量就會集中在一個頻率上。這種能量的存在可能成為一個令人擔憂的問題，尤其是如果該PC板以及其他係統板上其餘的IC相xiang互hu靠kao得de很hen近jin，易yi於yu受shou到dao這zhe種zhong輻fu射she能neng量liang影ying響xiang時shi。在zai汽qi車che係xi統tong中zhong，這zhe一yi問wen題ti可ke能neng尤you其qi麻ma煩fan，因yin為wei汽qi車che係xi統tong是shi密mi集ji排pai列lie的de，而er且qie常chang常chang靠kao近jin音yin頻pin、RF、CAN總線和各種雷達係統。
應對開關穩壓器噪聲輻射問題
在zai汽qi車che環huan境jing中zhong，常chang常chang在zai重zhong視shi散san熱re和he效xiao率lv的de區qu域yu采cai用yong開kai關guan穩wen壓ya器qi來lai取qu代dai線xian性xing穩wen壓ya器qi。此ci外wai，開kai關guan穩wen壓ya器qi一yi般ban是shi輸shu入ru電dian源yuan總zong線xian上shang的de第di一yi個ge有you源yuan組zu件jian，因yin此ci對dui整zheng個ge轉zhuan換huan器qi電dian路lu的deEMI性能有顯著影響。
EMI輻射有兩種類型：傳導型和輻射型。傳導型EMI取(qu)決(jue)於(yu)連(lian)接(jie)到(dao)一(yi)個(ge)產(chan)品(pin)的(de)導(dao)線(xian)和(he)電(dian)路(lu)走(zou)線(xian)。既(ji)然(ran)噪(zao)聲(sheng)局(ju)限(xian)於(yu)方(fang)案(an)設(she)計(ji)中(zhong)特(te)定(ding)的(de)終(zhong)端(duan)或(huo)連(lian)接(jie)器(qi)，那(na)麼(me)通(tong)過(guo)前(qian)述(shu)的(de)良(liang)好(hao)布(bu)局(ju)或(huo)濾(lv)波(bo)器(qi)設(she)計(ji)，常(chang)常(chang)在(zai)開(kai)發(fa)過(guo)程(cheng)的(de)早(zao)期(qi)，就(jiu)可(ke)以(yi)保(bao)證(zheng)符(fu)合(he)傳(chuan)導(dao)型(xing)EMI要求。
然而，輻射型EMIquelingdangbielunle。dianlubanshangxiedaidianliudesuoyouzuchengbufendoufusheyigediancichang。dianlubanshangdemeiyitiaozouxiandoushiyigetianxian，meiyigetongpingmiandoushiyigexiezhenqi。chulechunzhengxianbohuoDC電壓，任何信號都產生覆蓋整個信號頻譜的噪聲。即使經過仔細設計，在係統接受測試之前，設計師也永遠不會真正知道輻射型EMI將有多麼嚴重。而且在設計基本完成以前，不可能正式進行輻射EMI測試。
濾波器可以在某個頻率上或整個頻率範圍內衰減強度以降低EMI。部分能量通過空間(輻射)傳播，因此可增設金屬屏蔽和磁屏蔽來衰減。而在PCB走線上(傳導)的那部分則可通過增設鐵氧體磁珠和其他濾波器來加以控製。EMI不可能徹底消除，但是可以衰減到其他通信及數字組件可接受的水平。此外，幾家監管機構強製執行一些標準以確保符合EMI要求。
caiyongbiaomiantiezhuangjishudexinshishurulvboqizujiandexingnenghaoyutongkongzujian。buguo，zhezhonggaijinbeikaiguanwenyaqikaiguangongzuopinlvdetigaodixiaole。gengkuaisudekaiguanzhuanhuanchanshenglegenggaodexiaolv、很hen短duan的de最zui短duan接jie通tong和he斷duan開kai時shi間jian，因yin此ci產chan生sheng了le更geng高gao的de諧xie波bo分fen量liang。在zai開kai關guan容rong量liang和he轉zhuan換huan時shi間jian等deng所suo有you其qi他ta參can數shu保bao持chi不bu變bian的de情qing況kuang下xia，開kai關guan頻pin率lv每mei增zeng大da一yi倍bei，EMI就惡化6dB。寬帶EMI的表現就像一個一階高通濾波器一樣，如果開關頻率提高10倍，就會增加20dB輻射。
有經驗的PCB設計師會將熱點環路設計得很小，並讓屏蔽地層盡可能靠近有源層。然而，器件引出腳配置、封裝構造、reshejiyaoqiuyijizaiquouzujianzhongcunchuchongzudenengliangsuoxudefengzhuangchicunjuedingleredianhuanludezuixiaochicun。shiwentigengjiafuzadeshi，zaidianxingdepingmianyinshuadianlubanzhong，zouxianzhijiangaoyu30MHz的磁或變壓器型耦合將抵消所有濾波器的努力，因為諧波頻率越高，不想要的磁耦合就變得越加有效。
應對這些EMI問題的全新解決方案
可靠和真正應對EMI問題的解決方案是，將整個電路放在屏蔽盒中。當然，這麼做增加了成本、增大了所需電路板空間、使shi熱re量liang管guan理li和he測ce試shi更geng加jia困kun難nan並bing導dao致zhi額e外wai的de組zu裝zhuang費fei用yong。另ling一yi種zhong經jing常chang采cai用yong的de方fang法fa是shi減jian緩huan開kai關guan邊bian沿yan。這zhe麼me做zuo會hui產chan生sheng一yi種zhong不bu想xiang要yao的de結jie果guo，這zhe就jiu是shi降jiang低di效xiao率lv、增大最短接通和斷開時間、產生有關的死區時間，有損於電流控製環路可能達到的速度。
淩力爾特不久前推出了LT8614SilentSwitcher穩壓器，該器件無需使用屏蔽盒，卻能提供想要的屏蔽盒效果，因此消除了上述缺點。參見圖1。LT8614還具有世界級的低IQ，工作電流僅為2.5μA。這是該器件在無負載穩壓狀態時消耗的總電源電流。
圖1:LT8614SilentSwitcher最大限度地減小麗EMI/EMC輻射
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該器件的超低壓差電壓僅受到內部頂端開關的限製。與其他解決方案不同，LT8614的RDSONbushouzuidazhankongbihezuiduanduankaishijianxianzhi。gaiqijianzaichuxianyachashitiaoguokaiguanduankaizhouqi，jinzhixingsuoxudezuiduanduankaizhouqi，yibaochineibudingduankaiguanshengyajidianyachixutigong，rutu6所示。
同時，LT8614的最低輸入工作電壓典型值僅為2.9V(最高3.4V)，從而使該器件能在有壓差時提供3.3V軌。在大電流時LT8614比LT8610/11的效率更高，因為其總的開關電阻較小。該器件還可以同步至200kHz至3MHz的外部頻率。
該器件的AC開關損耗很低，因此它能夠以高開關頻率工作而效率損失最小。在對EMI敏感的應用中(諸如在許多汽車環境中常見的那些應用)可以實現良好的平衡，而且LT8614能夠在低於AM頻帶(以實現甚至更低的EMI)或高於AM頻帶的頻率上工作。在工作開關頻率為700kHz的設置中，標準LT8614演示電路板不超過CISPR25-Calls5測量結果的噪聲層。
圖2所示測量結果是在電波暗室和以下條件下取得的：12Vin、3.3Vout/2A，固定開關頻率為700kHz。
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為了比較采用SilentSwitcher技術的LT8614和另一種目前最新的開關穩壓器LT8610，對LT8614和LT8610進行了測試。該測試是在GTEM單元中進行的，對兩款器件的測量采用了標準演示電路板以及相同的負載、輸入電壓和相同的電感器。
可以看到，與LT8610已經非常好的EMI性能相比，采用LT8614SilentSwitcher技術的LT8614實現了多達20dB的改進，尤其是在更難以管理的高頻區。這使得可以實現更簡單、更緊湊的設計，與其他敏感係統相比，在總體設計上，LT8614開關電源對濾波的要求更低。
在時間域，LT8614在開關節點邊沿上表現得非常好，如圖4所示。即使在每格4ns的情況下，LT8614SilentSwitcher穩壓器顯示出非常小的振鈴(參見圖3中的通道2)。LT8610的振鈴也很好地衰減了(圖3通道1)，但是可以看到這與LT8614(通道2)相比，LT8610熱點環路存儲了較高能量。
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圖5顯示了13.2V輸入的開關節點。可以看到，LT8614與理想方波的偏離極小，如通道2所示。圖3、4和5中的所有時間域測量結果都是用500MHzTektronixP6139A探頭測得的，封閉的探頭尖端屏蔽罩連接至PCBGND平麵，測試均在標準演示電路板上進行。
除了麵向汽車環境的42V絕對最大輸入電壓額定值，器件的壓差表現也非常重要。常常需要支持至關重要的3.3V邏輯電源以應對冷車發動情況。在這種情況下，LT8614SilentSwitcher穩壓器保持接近LT861x係列的理想表現。LT8610/11/14器件不是像其他器件那樣提供更高的欠壓閉鎖電壓和最大占空比箝位，而是以低至3.4V的電壓工作，而且隻要有必要，就跳過若幹周期，如圖6所示。這樣就產生了理想的壓差表現，如圖7所示。
LT8614的最短接通時間為非常短的30ns，即使在高開關頻率時，這也允許大的降壓比。因此，該器件可以從高達42V的輸入，經過單次降壓提供邏輯內核電壓。
結論
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