在最近的新聞發(fā)布會上，德州儀器 (TI) 談到低電磁干擾 (EMI) 是電源管理的主要趨勢，因?yàn)樗梢宰畲笙薅鹊販p少?電源?對其他系統(tǒng)組件的干擾，并簡化工程師的設(shè)計(jì)和認(rèn)證流程。

TI 升壓和多通道 DC/DC 副總裁兼總經(jīng)理 Cecelia Smith 和寬 V IN?降壓開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)品線經(jīng)理 Ganesh Srinivasan 談到如何滿足行業(yè) EMI 標(biāo)準(zhǔn)以及降低傳導(dǎo)和輻射發(fā)射是關(guān)鍵關(guān)注為汽車和工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)的工程師。增加電子內(nèi)容以及提高 DC-DC 解決方案的開關(guān)速度對電源設(shè)計(jì)人員提出了新的挑戰(zhàn)。

用于電源管理的新封裝和新半導(dǎo)體創(chuàng)新以及新建模技術(shù)的開發(fā)為降低 EMI 提供了許多工具。減小低 EMI 電源設(shè)計(jì)的尺寸、減少元件數(shù)量和無源濾波器的成本至關(guān)重要。這也有助于減少設(shè)計(jì)時間和復(fù)雜性。

EMI 濾波
從事低 EMI 應(yīng)用的設(shè)計(jì)人員通常面臨兩個重大挑戰(zhàn)：需要降低其設(shè)計(jì)的 EMI，同時減小電源解決方案的尺寸。

在需要電磁兼容性的系統(tǒng)中，充當(dāng)電磁源的組件的設(shè)計(jì)方式可以減少開關(guān)輻射。EMI 是作為開關(guān)電流和電壓的有害副產(chǎn)品而產(chǎn)生的電磁能。降低 EMI 的傳統(tǒng)方法包括使用無源和有源濾波器（圖 1）。

無源濾波器往往體積龐大，從而產(chǎn)生大型電源解決方案。無源濾波采用電感和電容進(jìn)行濾波，而有源濾波采用模擬電路產(chǎn)生反相電流。有源 EMI 濾波 (AEF) 旨在減小電源解決方案的尺寸，從而降低成本，同時提供滿足行業(yè)要求的 EMI 性能。圖 2 顯示了兩個重要的例子；有源部分采用運(yùn)算放大器電路（op-amp）作為電容倍增器來代替無源設(shè)計(jì)中的濾波電容（C F）。阻抗使用相對較低的電容值和較小的組件占位面積。

圖 1：開關(guān)模式電源中的 EMI 源示例（來源：TI）

圖 2：傳統(tǒng)的無源濾波 (a) 和有源濾波 (b) 電路實(shí)現(xiàn)（來源：TI）

圖 3 比較了圖 1 中無源和有源濾波器級的印刷電路板 (PCB) 布局。電感器占位面積從 5 × 5 mm 減小到 4 × 4 mm。另外，將兩個1210電容換成幾個小值穩(wěn)定的0402元件，用于檢測、注入、AEF補(bǔ)償。集成的有源 EMI 濾波器將解決方案的占地面積減少了近 50%，而體積減少了 75% 以上。

圖 3：無源 (a) 和有源 (b) 濾波器設(shè)計(jì)的 PCB 布局尺寸比較（來源：TI）

具有集成有源 EMI 濾波器的 DC/DC 降壓控制器

在簡報(bào)中，演講者重點(diǎn)介紹了 TI 的具有集成有源 EMI 濾波器的 DC/DC 降壓控制器?LM25149-Q1?和?LM25149，可以檢測設(shè)備輸入端的噪聲或紋波電壓，并提供與該噪聲異相的信號以將其抵消，從而提高 EMI 性能。“該設(shè)備包括另一項(xiàng)革命性技術(shù)，雙隨機(jī)擴(kuò)頻 [DRSS]，它建立在我們之前的偽隨機(jī)創(chuàng)新之上，以進(jìn)一步增強(qiáng)技術(shù)并提高我們設(shè)備的性能，”TI 表示。“因此，在有源 EMI 濾波器和 DRSS 技術(shù)之間，該器件可以幫助電源設(shè)計(jì)人員通過減小濾波器尺寸實(shí)現(xiàn)每微伏高達(dá) 55 dB 的改進(jìn)。”

減小過濾器尺寸是一個主要好處，尤其是隨著汽車和工業(yè)領(lǐng)域電子產(chǎn)品的增加。“在我們的另一款旗艦低 EMI 器件?LMQ61460中，我們集成了旁路電容器，有助于降低開關(guān)回路寄生電感并提高 EMI 性能，”TI 表示。“與集成旁路電容器相結(jié)合的另一個獨(dú)特之處是我們的 HotRod 封裝，它具有非常優(yōu)化的引腳排列，因此工程師可以從器件中獲得最佳的 EMI 性能。”

降低電源中的 EMI 是一項(xiàng)日益嚴(yán)峻的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，尤其是隨著高級駕駛輔助系統(tǒng)、信息娛樂和汽車集群中電子含量的增加。確保設(shè)計(jì)符合傳導(dǎo) EMI 規(guī)范的傳統(tǒng)方法包括增加外部無源 EMI 濾波器的尺寸，這反過來又會增加電源解決方案的整體尺寸。通過將有源 EMI 濾波集成到?LM25149-Q1?和?LM25149?降壓控制器中，TI 使工程師能夠在提高設(shè)計(jì)功率密度的同時滿足 EMI 標(biāo)準(zhǔn)（圖 4）。

圖 4：LM25149-Q1 的典型應(yīng)用原理圖（來源：TI）

保持電源中的低 EMI 和實(shí)現(xiàn)小型解決方案在開關(guān)電源設(shè)計(jì)中通常是矛盾的。LM25149-Q1 和 LM25149 降壓控制器使工程師能夠滿足嚴(yán)格的 EMI 標(biāo)準(zhǔn)，并通過減小無源 EMI 濾波器的面積和體積來減小解決方案的尺寸。與競爭解決方案相比，工程師可以最大程度地節(jié)省 440kHz 前端 EMI 濾波器近 50% 的面積和超過 75% 的體積。通過減少無源元件的濾波負(fù)載，集成 AEF 減小了它們的尺寸、體積和成本，使工程師能夠?qū)崿F(xiàn)盡可能小的低功耗 EMI 設(shè)計(jì)。

審核編輯：湯梓紅