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

大多數(shù)設(shè)計(jì)汽車電路的工程師都知道如何通過濾波器設(shè)計(jì)，布局指南和眾多管理功能（例如擴(kuò)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(zhuǎn)換器的EMI，而無需重新設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

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(fēng)險(xiǎn)。

圖1：降壓電路的電路原理圖（左）和波形（右）

技巧1：旋轉(zhuǎn)功率電感器

在降壓轉(zhuǎn)換器中，使用帶有電感器和電容器的濾波器將開關(guān)波形（開關(guān)節(jié)點(diǎn)：V SW）轉(zhuǎn)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(jié)點(diǎn)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(shè)計(jì)中，最高可達(dá)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(shù)要求將開關(guān)節(jié)點(diǎn)的表面積最小化，以減少與接地層的電容耦合。否則，會產(chǎn)生大量的共模噪聲，從而導(dǎo)致不良的EMI性能。相同的電容耦合緩解可以應(yīng)用于電感器。EMI性能將根據(jù)電感器的結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(yuǎn)不會完全對稱。只需將電感器旋轉(zhuǎn)180度，即可交換連接到高噪聲開關(guān)節(jié)點(diǎn)的電感器端子。這將產(chǎn)生不同的EMI結(jié)果。

圖2：電感器結(jié)構(gòu)示意圖。單層（左）和多層（右）

通過將一個有噪聲的開關(guān)節(jié)點(diǎn)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(shí)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(guān)節(jié)點(diǎn)從內(nèi)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(diǎn)的端子通常表示線圈內(nèi)部繞組的起始位置。這是應(yīng)連接到開關(guān)節(jié)點(diǎn)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(zhuǎn)180度，就可以看到結(jié)果是否有所改善。

驗(yàn)證結(jié)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(zhuǎn)電感器，可使FM頻段提高8dBμV。做完了 平均檢測結(jié)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(yuǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)換器“ LMR33630-Q1”

根據(jù)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(jìn)。

驗(yàn)證結(jié)果

作為去除圖3中的 CHF1的結(jié)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?？梢愿纳聘哳l下的結(jié)果。

技巧3：更改負(fù)載電阻的布置

在EMI測試中，電源電路在標(biāo)準(zhǔn)輸入電壓和最大輸出電流下工作。該測試需要一個負(fù)載以使轉(zhuǎn)換器在此輸出功率下運(yùn)行，通常是電阻性的“虛擬”負(fù)載（請參見圖1中的 R LOAD）。所使用的負(fù)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(jié)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(chǎn)生熱量并增加所需的負(fù)載/散熱器尺寸）。

圖1（重新發(fā)布）：降壓電路的電路原理圖（左）和波形（右）

負(fù)載電阻的另一個考慮因素是如何將負(fù)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(fù)載連接的寄生電感產(chǎn)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(fù)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(qū)域移至較高頻率。無論如何，都知道諧振是否引起EMI。

驗(yàn)證結(jié)果

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

結(jié)論

降低EMI的方法是科學(xué)技術(shù)方法。關(guān)于EMI相關(guān)最佳實(shí)踐的文章，應(yīng)用筆記和培訓(xùn)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(guān)PCB能始終通過第一項(xiàng)測試。這就是為什么在不對設(shè)計(jì)進(jìn)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(fèi)很長時間來實(shí)施，但利用這些技巧可以改善EMI并通過測試。