當(dāng)更多的電子元器件進(jìn)入汽車和工業(yè)產(chǎn)品中后，汽車電子系統(tǒng)和工業(yè)系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜和密集，而且互連的程度也也來(lái)越高，因此如何降低電磁干擾（EMI）的影響成為了工程師在設(shè)計(jì)之初，就必須要考慮的因素。否則的話，設(shè)計(jì)后期就需要話費(fèi)大量的時(shí)間和資金來(lái)解決EMI問(wèn)題。

而開關(guān)電源（SMPS）幾乎是所有電子產(chǎn)品中都會(huì)用到電路之一，因?yàn)樗梢蕴峁┍染€性穩(wěn)壓器更高的效率。但這個(gè)效率的提高是有代價(jià)的，開關(guān)電源中的MOSFET開關(guān)會(huì)產(chǎn)生大量的EMI，進(jìn)而會(huì)影響電路的可靠性。

應(yīng)對(duì)EMI挑戰(zhàn)的方法

那么有沒(méi)有什么辦法來(lái)降低EMI，以最大限度地減少開關(guān)電源對(duì)其他系統(tǒng)組件的干擾呢？德州儀器升壓與多通道DC/DC產(chǎn)品線副總裁兼總經(jīng)理 Cecelia Smith女士表示，“德州儀器正在通過(guò)半導(dǎo)體、封裝技術(shù)的創(chuàng)新，及最全新的建模技術(shù)來(lái)幫助工程應(yīng)對(duì)EMI挑戰(zhàn)。”

圖1：德州儀器升壓與多通道DC/DC產(chǎn)品線副總裁兼總經(jīng)理 Cecelia Smith女士

她承認(rèn)，在汽車和工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的電源系統(tǒng)中，滿足EMI的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，降低傳導(dǎo)和輻射是工程師關(guān)心的關(guān)鍵問(wèn)題之一。而電子設(shè)備的增長(zhǎng)以及DC/DC開關(guān)速度的提高，對(duì)電源設(shè)計(jì)工程師提出了新的挑戰(zhàn)。

因此，Cecelia Smith提出了兩個(gè)應(yīng)對(duì)EMI挑戰(zhàn)的策略。

第一，減少無(wú)源濾波器，它通常是降低EMI最關(guān)鍵的器件，TI通過(guò)降低它的尺寸和成本，幫助工程師縮小EMI電源設(shè)計(jì)的尺寸。這里需要用到創(chuàng)新的擴(kuò)頻技術(shù)和度異相開關(guān)技術(shù)。

第二，減少設(shè)計(jì)的時(shí)間和復(fù)雜性，包括集成旁路電容，集成有源EMI濾波器，以及更低寄生效應(yīng)的封裝等。

Cecelia Smith同時(shí)還強(qiáng)調(diào)，TI在幫助電源工程師應(yīng)對(duì)EMI問(wèn)題所提供的支持，包括三個(gè)方面：一是Webench電源仿真工具；二是EMI板的使用文檔或者規(guī)格書會(huì)提供更為詳盡的EMI測(cè)試報(bào)告；三是可以給客戶提供在現(xiàn)場(chǎng)或在線的EMI測(cè)試幫助，包括一些EMI測(cè)試場(chǎng)地。

德州儀器(TI) 寬輸入電壓及降壓開關(guān)電源產(chǎn)品線經(jīng)理Ganesh Srinivasan進(jìn)一步指出，TI會(huì)在EMI方面進(jìn)行持續(xù)投入。

第一是提供EMI測(cè)試的場(chǎng)地實(shí)驗(yàn)室，客戶可以把他所需要測(cè)試的設(shè)備帶過(guò)來(lái)，在TI內(nèi)部的測(cè)試場(chǎng)地里做CISPR 25或CISPR 32等EMI測(cè)試，TI也能夠提供一定的服務(wù)和技術(shù)上的支持；

第二，TI有一個(gè)非常強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)，這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)可以在官網(wǎng)TI.com上找到EMI相關(guān)的設(shè)計(jì)，也可以提供Webench做EMI的模擬仿真，包括輸入濾波器的模擬。Webench也可以幫助工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)，網(wǎng)上會(huì)有TI的數(shù)據(jù)表、規(guī)格書和評(píng)估板的用戶手冊(cè)，都會(huì)包含這類產(chǎn)品EMI測(cè)試的最終結(jié)果，包括針對(duì)CISPR 25和CISPR 32的規(guī)范；

第三，客戶有其他的問(wèn)題，也可以通過(guò)TI線上的E2E論壇來(lái)把他的問(wèn)題發(fā)布出來(lái)，TI工程師會(huì)在線幫助他們解答這類EMI的問(wèn)題。

圖2：德州儀器(TI) 寬輸入電壓及降壓開關(guān)電源產(chǎn)品線經(jīng)理Ganesh Srinivasan

低EMI開關(guān)電源芯片

為了支持工程師縮減電源解決方案的尺寸，并降低其EMI影響，TI在4月7日推出了一款具有集成式有源EMI濾波器的先進(jìn)DC/DC控制器LM25149-Q1及其工業(yè)版本LM25149。

據(jù)Ganesh Srinivasan介紹，有源EMI濾波器能夠檢測(cè)輸入端的噪聲和紋波電壓，在直流輸入母線上注入與其相位相反的電流，從而消除電流或電壓干擾，以降低EMI噪聲和紋波電壓。

LM25149既具有有源EMI濾波器(AEF)，同時(shí)也具備雙隨機(jī)展頻(DRSS)技術(shù)，Ganesh Srinivasan認(rèn)為，這是另外一項(xiàng)EMI的創(chuàng)新，這兩者相結(jié)合可以在整個(gè)EMI測(cè)試頻段中提供業(yè)界領(lǐng)先的EMI性能。

DRSS這項(xiàng)技術(shù)結(jié)合了低頻三角調(diào)制以及高頻偽隨機(jī)調(diào)制這兩種調(diào)制方式，優(yōu)化了低頻和高頻中EMI的性能。當(dāng)使用這兩者技術(shù)，包括DRSS和有源濾波器之后，可以給用戶最高在400GHz的情況下帶來(lái)55 dBμV的降幅，進(jìn)一步改善電源的EMI性能。

“EMI整個(gè)規(guī)格是非常寬的頻率范圍，通常是150KHz，到工業(yè)應(yīng)用上是到30MHz，汽車應(yīng)用上會(huì)到108MHz，對(duì)于DRSS這項(xiàng)技術(shù)，它能改善的頻段會(huì)是比較高頻的頻段，從10MHz往上。對(duì)于AEF來(lái)說(shuō)它更多的是改善從150KHz到10MHz這個(gè)低頻EMI的干擾，通過(guò)結(jié)合AEF和DRSS，你就可以在整個(gè)EMI頻段上降低所有頻段的EMI干擾，從而更容易地通過(guò)EMI的測(cè)試?！盙anesh Srinivasan特別強(qiáng)調(diào)。

在Ganesh Srinivasan看來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)給客戶能夠帶來(lái)的好處是，可以在保證原來(lái)EMI性能的同時(shí)大大降低輸入濾波器的大小，最高可以降低高達(dá)50%的占板面積和75%的體積?！翱蛻粼谑褂眠@個(gè)產(chǎn)品時(shí)，既能保證有良好的EMI特性也能保證具有更小的電源尺寸。之前我們提到過(guò)，TI有非常完善的EMI生態(tài)系統(tǒng)，針對(duì)LM25149，我們提供了在線的用戶指南，包括客戶也可以在網(wǎng)上申請(qǐng)我們的LM25149評(píng)估板，它已經(jīng)集成了AEF和DRSS這兩項(xiàng)EMI提升的功能。評(píng)估板的用戶指南同樣可以從網(wǎng)上下載?！彼赋?。

此外，TI還介紹了LMQ61460、TPS25850-Q1、LM5157-Q1、UCC12050等低EMI電源產(chǎn)品。

其中，LMQ61460的工業(yè)版本和汽車版本都已經(jīng)正式發(fā)布，該芯片在封裝里集成了一個(gè)旁路電容，可以進(jìn)一步降低電源帶來(lái)的EMI干擾。這款產(chǎn)品對(duì)EMI進(jìn)行了優(yōu)化，可以適用于各種工業(yè)或汽車應(yīng)用，例如Type-C工業(yè)機(jī)器人，工業(yè)PC以及測(cè)試測(cè)量，或者醫(yī)用工業(yè)產(chǎn)品。主要的優(yōu)勢(shì)是，LMQ61460提供了3V-36V的寬輸入電壓范圍，并且它可以接受最大到42V的瞬態(tài)輸入電壓。這款產(chǎn)品因?yàn)榧闪溯斎氲呐月冯娙?，它可以大幅度降低封裝里基線的電感，同時(shí)能降低它輸入的紋波，從而能夠提供更為良好的EMI表現(xiàn)?！斑@里強(qiáng)調(diào)的是，我們集成的輸入電容其實(shí)是個(gè)非常大的封裝創(chuàng)新，正因?yàn)榧闪诉@樣的輸入電容，所以能夠進(jìn)一步降低開關(guān)節(jié)點(diǎn)的振鈴，這可以帶來(lái)更好的EMI表現(xiàn)。”Ganesh Srinivasan表示。

TPS25850-Q1是一個(gè)雙端口、3A DC/DC充電端口控制器，這是一款具有2.2MHz開關(guān)頻率的電源方案，使得汽車工程師能夠簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)充電方案。開關(guān)頻率運(yùn)行在2.2MHz，可以大大地減少輸出的濾波電感，從而能給工程師帶來(lái)更為緊湊的電源解決方案。TI針對(duì)這款產(chǎn)品，為工程師提供400KHz和2.2MHz的參考設(shè)計(jì)。參考設(shè)計(jì)可以使得工程師復(fù)制并準(zhǔn)確達(dá)到2.2MHz和400KHz頻率，從而能降低開關(guān)頻率所造成的干擾。

LM5157-Q1是非同步升壓轉(zhuǎn)換器，該產(chǎn)品同樣集成了雙隨機(jī)展頻的EMI技術(shù)，能夠幫助工程師滿足CISPR 25的EMI標(biāo)準(zhǔn)。這款產(chǎn)品同樣也提供2.2MHz開關(guān)頻率，能夠避免干擾AM頻段，并且滿足能縮小整個(gè)電源尺寸的解決方案。同時(shí)，該產(chǎn)品具有正負(fù)30%的頻率同步范圍，能夠簡(jiǎn)化EMI的濾波器設(shè)計(jì)。LM5157能夠適用于各種應(yīng)用中的各種拓?fù)洌ㄉ龎?、SEPIC或者反激式拓?fù)洌瑥亩芙o客戶帶來(lái)更多樣的拓?fù)溥x擇；并且它也是低EMI的解決方案。

與前面介紹的非隔離電源解決方案不同的是，UCC12050是一顆隔離的500mW的隔離電源方案，它具有出色的EMI性能以及非常小的體積。該產(chǎn)品是第一個(gè)采用TI的集成變壓技術(shù)所開發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品。它的應(yīng)用非常廣泛，適用于工廠自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)傳感器等等這些工業(yè)應(yīng)用。這款產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)是在于：

一，它優(yōu)化并降低了內(nèi)部變壓器一次到二次電容的電容量，通過(guò)這一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)更好的EMI性能。
二，正是因?yàn)檫@顆產(chǎn)品集成了變壓器，所以它能夠提供一個(gè)非常高的功率密度，這樣能夠幫助工程師在需要隔離的工業(yè)應(yīng)用中能夠提供更小的電源解決方案，縮小電源尺寸高達(dá)80%。
三，這款產(chǎn)品是支持寬溫工作范圍，并且它具有8mm爬電距離的增強(qiáng)型隔離，從而可以給客戶提供非常好的產(chǎn)品可靠性和保護(hù)性能。

結(jié)語(yǔ)

如今的EV/HEV，及燃油車，車身娛樂(lè)系統(tǒng)的功能越來(lái)越多，這意味著它包含了更多的電子元器件或電路在里面。而電源板上的電子元件越多，就需要工程師去設(shè)計(jì)更為緊湊的電源方案以得到多樣化的功能。而更高的開關(guān)頻率，能夠大大減少在設(shè)計(jì)電源時(shí)的電源尺寸和大小，能在一塊板子上放入更多的解決方案，但同時(shí)高頻帶來(lái)了更多EMI問(wèn)題，因此工程師需要更低EMI的電源產(chǎn)品解決方案。上面提到的這些產(chǎn)品或許對(duì)您有所幫助。

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