電磁干擾（EMI）在汽車電源產品中一直是一個挑戰。隨著輕度混合動力電動汽車（MHEV）解決方案的興起，系統中的許多電子電路將電池電壓從12V轉換為48V，從而使EMI更具挑戰性。

大多數設計汽車電路的工程師都知道如何通過濾波器設計，布局指南和眾多管理功能（例如擴頻和倒裝芯片封裝）來降低EMI。但是，鮮為人知的信息是一些技巧，這些技巧可以幫助大幅降低降壓轉換器的EMI，而無需重新設計電路板。這些技巧可能是10分鐘EMI測試通過或電路板重新設計的轉折點。

通過參考以下三個簡單的EMI技巧，避免不必要的印刷電路板（PCB）制造風險。

圖1：降壓電路的電路原理圖（左）和波形（右）

技巧1：旋轉功率電感器

在降壓轉換器中，使用帶有電感器和電容器的濾波器將開關波形（開關節點：V SW）轉換為直流波形（輸出電壓：V OUT）。圖1是降壓電路的示意電路圖。

如圖1所示，電感器端子之一連接到V SW，這會引起EMI噪聲。該節點上的電壓是一個具有快速邊沿的方波，從0V擺動到電池電壓。在某些MHEV設計中，最高可達到48V。另一個端子連接到V OUT，并且相對于EMI在電氣上安靜，接近DC。正確的PCB布局技術要求將開關節點的表面積最小化，以減少與接地層的電容耦合。否則，會產生大量的共模噪聲，從而導致不良的EMI性能。相同的電容耦合緩解可以應用于電感器。EMI性能將根據電感器的結構和方向而變化。

如圖2所示，功率電感器基本上只是一根纏繞在芯材上的導線。您可以從上到下纏繞一層，也可以將繞組纏繞成多層。但是，此分析中重要的是，電感器的兩個端子永遠不會完全對稱。只需將電感器旋轉180度，即可交換連接到高噪聲開關節點的電感器端子。這將產生不同的EMI結果。

圖2：電感器結構示意圖。單層（左）和多層（右）

通過將一個有噪聲的開關節點連接到底部繞組開始的端子（圖2，L1的端子B），可以減少單層電感器中的電容耦合。繞組的底部實際上更靠近電路板，因此，與連接到繞組頂部的端子相比，電路板上的GND平面提供的屏蔽更多。為了減少多層電感器的電容耦合，請將噪聲開關節點從內層連接到繞組開始的端子（圖2，L2的端子D）。那樣，線圈的高噪聲部分被繞組外部的線圈的低噪聲V OUT部分有效地屏蔽。

在原理圖（圖1中的L）上顯示為點的端子通常表示線圈內部繞組的起始位置。這是應連接到開關節點以降低EMI的端子。并非所有廠商，也不是所有電感器都使用這種針對性的方法。但是，如果僅將電感器旋轉180度，就可以看到結果是否有所改善。

驗證結果

使用同步整流器LMR33630-Q1（Texas Instruments）在13.5V IN，5V OUT，3A OUT，400kHz兩層板上旋轉電感器，可使FM頻段提高8dBμV。做完了 平均檢測結果從108 MHz時的15dBμV（比國際無線電干擾委員會[CISPR]的25％5級限值低3dBμV）提高到7dBμV（比CISPR 25 5級限值低11dBμV）。

技巧2：卸下EMI濾波器電源端子上的電容器

EMI濾波器通常由電感器和鐵氧體磁珠組成，有時使用共模扼流圈，如圖3所示。在這三個部分之前和之后以及每個部分之間放置電容器。通常，在濾波器的第一部分中放置一個小型高頻陶瓷電容器，并將其連接到距離降壓電路最遠的電源端子（圖3，CHF1）。這個想法很簡單，增加一個電容器可以減少電源端子上產生的紋波。這通常會降低差模EMI，但可能無助于改善EMI性能。

如圖3所示，CHF1（最左邊的電容器）由于連接電池和電容器（電池到J1）的線束的物理特性所引起的寄生電感而與電池的+ 12V和GND（IN +和IN-）分開。提供低電阻路徑。具有電感和電容的低電阻路徑會以與電感和電容乘積的平方根成反比的角頻率諧振。0.1μF電容器在108MHz（FM頻帶的上限，在EMI測試期間稱為難以通過的頻率）諧振時所需的電感僅為0.022nH。

圖3：電路圖示例，顯示了EMI濾波器和降壓轉換器“ LMR33630-Q1”

根據所選的電容器和布局，簡單地移除電容器可以提供一些改進。

驗證結果

作為去除圖3中的 CHF1的結果，在FM波段的平均值檢測中觀察到了3dBμV到5dBμV的提高。在某些情況下，電容器可以工作，但是去掉電容器通常可以改善高頻下的結果。

技巧3：更改負載電阻的布置

在EMI測試中，電源電路在標準輸入電壓和最大輸出電流下工作。該測試需要一個負載以使轉換器在此輸出功率下運行，通常是電阻性的“虛擬”負載（請參見圖1中的 R LOAD）。所使用的負載類型（繞組電阻，非電感電阻等），所使用的散熱器（較大的散熱器用作電容耦合的天線，但如果散熱器太小，則電阻會過熱并在測試結束前損壞。電位和屏蔽處理（接地屏蔽可減少電容耦合，但會產生熱量并增加所需的負載/散熱器尺寸）。

圖1（重新發布）：降壓電路的電路原理圖（左）和波形（右）

負載電阻的另一個考慮因素是如何將負載電阻連接到輸出的重要方面。這些技巧類似于“技巧2”。僅使用陶瓷電容器的輸出會與輸出電容器到負載連接的寄生電感產生諧振。在幾乎沒有阻尼的情況下，這種共振可以防止EMI測試通過。防止這種諧振成為EMI的主要來源的最簡單方法是將負載直接焊接到陶瓷輸出電容器，從而最大程度地減少寄生電感并降低諧振，或者該區域移至較高頻率。無論如何，都知道諧振是否引起EMI。

驗證結果

將負載從VOUT引腳直接移至一塊板上的輸出電容器的結果是，FM頻帶中的平均值檢測結果提高了10dBμV。換句話說，結果從22dBμV（比限制高4dBμV）提高到12dBμV（比限制低6dBμV）。

結論

降低EMI的方法是科學技術方法。關于EMI相關最佳實踐的文章，應用筆記和培訓材料很多。從一開始就盡力通過測試也很重要，但是不能保證相關PCB能始終通過第一項測試。這就是為什么在不對設計進行重大更改的情況下提高EMI的策略很重要的原因。本文中介紹的技巧將花費很長時間來實施，但利用這些技巧可以改善EMI并通過測試。