電源管理的主要挑戰(zhàn)在于以下五個趨勢：低電磁干擾 (EMI)、低功率密度以及低IQ、精度、噪聲和隔離度。在上次新聞發(fā)布會上，德州儀器 (TI) 重點(diǎn)關(guān)注低 EMI 電源趨勢，該趨勢將電源對其他系統(tǒng)組件的干擾降至最低，并簡化了工程師的設(shè)計和認(rèn)證流程。

德州儀器 (TI) 的副總裁兼升壓和多通道 DC/DC 副總裁兼總經(jīng)理 Cecelia Smith 和寬輸入電壓降壓開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)品線經(jīng)理 Ganesh Srinivasan強(qiáng)調(diào)了如何滿足行業(yè) EMI 標(biāo)準(zhǔn)并降低傳導(dǎo)和輻射發(fā)射是一個關(guān)鍵問題適用于為汽車和工業(yè)應(yīng)用設(shè)計電源系統(tǒng)的工程師。不斷增加的電子內(nèi)容以及不斷提高的 DC-DC 解決方案的開關(guān)速度給電源設(shè)計人員帶來了新的挑戰(zhàn)。

新封裝和新半導(dǎo)體創(chuàng)新以及電源管理新建模技術(shù)的開發(fā)為降低 EMI 提供了許多工具。至關(guān)重要的是，減小低 EMI 電源設(shè)計的尺寸、減少組件數(shù)量和無源濾波器的成本非常重要。這也有助于減少設(shè)計時間和復(fù)雜性。?

EMI 過濾

從事低電磁干擾應(yīng)用的設(shè)計人員通常面臨兩個重大挑戰(zhàn)：需要降低其設(shè)計的 EMI，同時縮小電源解決方案的尺寸。

在需要電磁兼容性 (EMC) 的系統(tǒng)中，用作電磁源的組件的設(shè)計方式可以減少開關(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，因此需要大型電源解決方案。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和成本，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用空間。

圖 1：SMPS 中的 EMI 源示例（來源：TI）

圖 2：傳統(tǒng)無源濾波 (a) 和有源濾波 (b) 電路實現(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 5mm x 5mm 減少到 4mm x 4mm。另外兩個1210電容換成了幾個值穩(wěn)定的0402小元件，用于檢測、注入和AEF補(bǔ)償。集成有源 EMI 濾波器使解決方案的占地面積減少了近 50%，同時體積減少了 75% 以上。

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

帶有集成有源 EMI 濾波器的 DC/DC 降壓控制器

在簡報中，發(fā)言者重點(diǎn)介紹了 TI 具有集成有源 EMI 濾波器的 DC/DC 降壓控制器LM25149-Q1和LM25149如何檢測設(shè)備輸入端的噪聲或紋波電壓，并提供與此噪聲異相的信號消除它，從而實現(xiàn) EMI 性能的改進(jìn)?！霸撛O(shè)備包含另一項革命性技術(shù)，即雙隨機(jī)擴(kuò)頻 (DRSS)，它建立在我們之前的偽隨機(jī)創(chuàng)新基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增強(qiáng)了該技術(shù)并提高了我們設(shè)備的性能。因此，在有源 EMI 濾波器和 DRSS 技術(shù)之間，該器件可以通過減小濾波器尺寸幫助電源設(shè)計人員實現(xiàn)高達(dá) 55 dB/微伏的改進(jìn)，”TI 表示。

減小濾波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?！霸谖覀兊牧硪豢钇炫灥?EMI 設(shè)備LMQ61460 中，我們集成了旁路電容器，有助于降低開關(guān)環(huán)路寄生電感并提高 EMI（電磁干擾）性能。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 EMI 性能，”TI 表示。

降低電源中的 EMI 是一項日益嚴(yán)峻的設(shè)計挑戰(zhàn)，尤其是隨著高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS)、信息娛樂和汽車儀表板中電子含量的增加。確保設(shè)計滿足傳導(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 使工程師能夠滿足 EMI 標(biāo)準(zhǔn)，同時提高其設(shè)計的功率密度（圖 4）。

圖 4：LM25149-Q1 的典型應(yīng)用原理圖（來源：TI）

在電源中保持低 EMI 并實現(xiàn)小型解決方案在開關(guān)電源設(shè)計中通常是不一致的。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)，并通過減少無源 EMI 濾波器的面積和體積來縮小解決方案的尺寸。與以前的解決方案相比，工程師可以最大程度地節(jié)省 440 kHz 前端 EMI 濾波器近 50% 的面積和 75% 以上的體積。

　　審核編輯：湯梓紅