TI工程師：如何設計EMI兼容的汽車開關穩壓器

　　您可以將EMI視為不適宜的能量，而這個能量不需要太多就有可能違反發射標準。事實上，EMI是相當低的能量效應。例如，在1MHz的狀況下，只要20nW的EMI便會違反FCC對于傳導發射的規范。傳導發射是以頻譜分析儀監測輸入來源高頻率元件而測得。線路阻抗穩定網路（LISN）可作為開關穩壓器的低阻抗，以及頻譜分析儀線路噪聲的高通濾波器。因此，開關穩壓器的輸入是下一個需要注意之處。

輸入濾波器的考量

　　造成汽車出現EMI的其中一個主要因素是開關穩壓器在電源排線上傳入AC電流。這些變化的電流本身具有輻射發射及傳導發射的各種波形。例如，在非隔離式升壓轉換器中，圖2（a）所示的輸入電容（C2）及升壓電感（L1）形成隔離線路發射的單向EMI濾波器。不過，輸入電流具有該波形傅里葉擴展的AC三角波形，如圖2（b）的綠色信號線所示。

　　只要加入L2及C2，波形便會變成正弦曲線，而能量會重新調整為相當低的高頻率峰值。不過，如果不能正確設計輸入濾波器，則會將噪聲放大而使得控制回路不穩定。因此，了解濾波器設計的概念，對于優化濾波器回波及成本相當重要。使用SPICE的AC分析是有效了解濾波器行為的工具。

　　不論是設計降壓或升壓電源，差動模式濾波器或雙向電容輸入濾波器都相當實用，這些能夠避免EMI噪聲進入線路以及輻射和/或傳導噪聲。需要注意的是，與濾波器元件相關的跨繞組終端電容及電容ESR等寄生元件會明顯影響諧波的衰減，因此應該謹慎使用。

　　選用正確的元件

　　元件選擇是設計EMI兼容開關穩壓器的關鍵部分。例如，屏蔽的電感有助于縮小會產生輻射且耦合成為互感及高阻抗電路（例如PWM控制器的輸入誤差放大器）的漏磁場。

　　具有軟反向或低反向恢復特性的二極管，能夠將從導通狀態變成截止狀態的二極管相關的大浪涌電流降至最低。這些峰值電流會與寄生電容產生作用，而在超出100MHz的切換節點造成振蕩，并且對EMC試驗造成不良影響。雖然不在本文的討論范圍內，但還是需要說明的是：不正確選用開關穩壓器的回路補償元件，會使得EMI加劇。如果未正確補償電源供應，輸出紋波及不穩定現象會使噪聲增加。經過適當補償的電源供應是達到良好噪聲性能的關鍵。

　　謹記電流經過的路徑

　　現在需要處理EMI兼容開關穩壓器最容易控制的必需層面，也就是電路信號線路徑及元件位置。元件位置會在很大程度上影響電路信號線路徑。前文曾經說過EMI是不適宜的能量，而且變化的電流及電壓會通過寄生電容、互感或空氣耦合到敏感電路（例如高阻抗）。因此，對于將來源的發射量降至最低、元件位置及電流路徑具有重要的效用。

　　在一個電源的正確配置中，必須將大電流導體的回路部分縮減至最小。這樣做能夠將作為天線源和發射能量的電感降至最低。其中一個層面是有效放置元件及選用去耦電容。圖3顯示同步降壓轉換器的輸出功率級與濾波器。C3將功率級去耦合，以便在Q2啟動時提供低阻抗源。為了將輻射發射量降至最低，必須如圖所示連接C3，其中電容的固有阻抗、電路信號線及通過電感的互連均縮減至最小。另外，也需要具有諸如X7R等高自振頻率的高品質電容電介質。

　　屏蔽

　　本文將說明的最后幾項技術是噪聲屏蔽及噪聲擴散，這些可在運用前文討論的技術之后用來提