【導(dǎo)讀】在實(shí)現(xiàn)高效緊湊設(shè)計(jì)的同時(shí)遵守國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì) (CISPR) 等組織提出的嚴(yán)格電磁干擾 (EMI) 要求是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。因此，元件的選擇成為設(shè)計(jì)過(guò)程的關(guān)鍵。與大多數(shù)設(shè)計(jì)決策一樣，在不同元件之間進(jìn)行選擇幾乎總是歸結(jié)為基于關(guān)鍵設(shè)計(jì)目標(biāo)的權(quán)衡評(píng)估。降壓穩(wěn)壓器以高效率和良好的熱性能著稱，但通常不被視為具有低 EMI。幸運(yùn)的是，您有多種選擇來(lái)降低此類穩(wěn)壓器產(chǎn)生的 EMI。為方便進(jìn)一步討論，圖 1 展示了降壓穩(wěn)壓器的簡(jiǎn)化原理圖。
圖 1：降壓穩(wěn)壓器簡(jiǎn)化原理圖
電路板布局布線注意事項(xiàng)
當(dāng)設(shè)計(jì)必須符合 EMI 要求時(shí)，除了選擇適當(dāng)?shù)臒o(wú)源器件值確保功能設(shè)計(jì)之外，電路板布局布線應(yīng)該是需要考慮的首要因素。有兩個(gè)降壓穩(wěn)壓器電路板布局布線通用規(guī)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(jié)點(diǎn)的面積，從而更大程度地減小高瞬態(tài)電壓 (dv/dt) 節(jié)點(diǎn)的表面積。
電路板布局布線無(wú)法實(shí)現(xiàn)優(yōu)化時(shí)，還有其他選項(xiàng)。要詳細(xì)了解其他選項(xiàng)，請(qǐng)前往 TI E2E? 中文支持論壇，閱讀技術(shù)文章《器件級(jí)功能和封裝選項(xiàng)如何幫助有效降低汽車設(shè)計(jì)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(wěn)壓器的設(shè)計(jì)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(wěn)壓器中，需要從 EMI 的角度考慮輸入電壓對(duì)地環(huán)路。降壓穩(wěn)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(cè)產(chǎn)生金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET) Q1 電流，如圖 2 所示。
圖 2：降壓穩(wěn)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?guī)缀醪贿B續(xù)的電流。某些器件，例如 TI 的 3A LMQ66430-Q1 和 6A LMQ61460-Q1 36V 降壓穩(wěn)壓器，在封裝內(nèi)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(fù)責(zé)在導(dǎo)通期間為高側(cè) MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器提供電荷。內(nèi)部電路在關(guān)斷期間對(duì)該電容器重新充電。高側(cè) MOSFET 的源極端子連接至開(kāi)關(guān)節(jié)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(duì)于大多數(shù)降壓穩(wěn)壓器，必須在電路板上留出一些可用的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)區(qū)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(jié)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(nèi)集成自舉電容器，LMQ66430-Q1 不僅遵循之前提到的兩個(gè)規(guī)則，同時(shí)還減少了對(duì)外部元件的需求。
結(jié)語(yǔ)
在嚴(yán)格的 EMI 要求下實(shí)現(xiàn)空間緊湊的電源設(shè)計(jì)并不簡(jiǎn)單。具有集成電容器的降壓穩(wěn)壓器可以使符合 EMI 要求的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)起來(lái)更容易，同時(shí)還有助于減少整體外部元件的數(shù)量。
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