BUCK面臨的挑戰：EMI問題及對應的優化方案

在本節內容中，我會探討目前BUCK面臨的挑戰之一EMI問題以及一些對應的優化方案，此外還將著重介紹汽車應用中（如T-BOX）的一級電源（主電源）的TI明星產品LMR333630-Q1以及與之同樣優秀的器件。

BUCK的EMI優化方案

在汽車應用，BUCK設計中要實現良好的EMI性能極具挑戰又很昂貴。原因在于高頻的BUCK越來越流行，而EMI的標準也越來越嚴格。開關頻率越高，可以減少設計中的電感值從而降低器件成本、也可以減少電源設計的PCB面積和尺寸、同時也可以避開收音機的頻段以免引入噪聲。盡管使用高頻的開關頻率優勢很多，但也會帶來很多的EMI問題。通常對大部分的EMI標準而言，頻段越高，其EMI標準也會越嚴格。如下圖1中的CISPR-22，高頻段顯然有更嚴格的標準。這無疑是個挑戰。因為開關頻率及其對應的低次諧波都有較高的能量，而跟低頻的開關頻率的BUCK相比，這些高頻的開關頻率及其對應的低次諧波的能量有可能就位于EMI要求更嚴格的頻段。幸運的是，新的技術可以幫助BUCK有效地解決這一挑戰。

圖- 1 CISPR-22 EMI標準

TI當前以及下一代BUCK的方案提供了極具創新的封裝技術---HotRod，讓你板級的EMI優化更加簡單。這種HotRod封裝有幾個關鍵的特性可以優化EMI。

其一：引腳分配的設置。

如圖2所示，HotRod封裝有兩個電源VIN引腳和兩個接地GND引腳，分別位于封裝的兩端。這種引腳分配可以減少VIN和GND回路造成的寄生環路電感。如果在器件的兩邊都有對稱布局的輸入電容，等效寄生回路電感則會減半（兩個相等的并聯電感）。這可以有效地減少高的di/dt 產生的噪聲，相當于高頻濾波。

此外，該封裝在保持較小的相對電流環路面積的同時，還可以再加兩個高頻輸入電容來維持的di/dt波形。由于回路面積與磁場強度成正比，所以可以減小該回路產生的磁場強度。此外，通過采用對稱的di/dt輸入回路布局，兩個對稱回路所產生的磁場方向相反，因而可以相互抵消。

圖- 2 LMR333630-Q1的HotRod封裝設計示意圖

與此同時，如圖3所示， HotRod封裝可以很方便地將開關節點的引腳 (pin12) 直接連線到芯片正下方。這可以減少開關節點到BOOT電容的連線，從而減少了開關節點區域的面積。這樣可以降低開關節點的高頻諧波對周圍的影響。前面提到的點都有助于完成緊湊的PCB布局布線，如圖4所示。

圖- 3 LMR333630-Q1 HotRod封裝的布局

圖- 4 Hotrod 布局說明

其二：采用Flipped Chip設計

如圖5所示，采用Flipped Chip設計，意味著從Die到引腳之間是沒有鍵合線連接的。

圖- 5 HotRod的機械示意圖

這樣可使得由BUCK內部的串聯諧振電路導致的開關節點振鈴幅度明顯減少，HotRod技術和友商的DFN技術振鈴幅度對比如圖6所示。這主要通過去除鍵合線來減少環路中的寄生電感來實現。

圖- 6 HotRod封裝與DFN封裝對比圖 （HotRod振鈴幅度較?。?/p>

除了采用HotRod封裝可以有效改善BUCK的EMI性能之外，還可以通過優化EMI濾波進行改善。EMI濾波器可分成來兩類：LC濾波以及RC阻尼網絡。

LC濾波

LC濾波可以用于衰減導致EMI超標的開關頻率及其諧波。選擇合適的LC組件可以通過設置角頻率來確?；l有足夠衰減。二階的LC濾波可實現-40dB/decade的衰減。工程師可以根據在特定頻率(f)的噪聲情況(dBμV)以及所需的衰減(A)來確定所需的角頻率(?c)，從而選擇合適的LC。

圖- 7 LC 濾波的實現示意圖

RC阻尼網絡

該設計與附加的LC濾波兼容。電路系統可能需要額外的EMI余量，尤其是在較低頻率。而LC濾波器可以通過RC阻尼電路來減少濾波角頻率處的共振引起的低頻噪聲。如圖8所示，阻尼濾波的典型方法是使用電阻-電容(RC)電路，這種電路不會占用過多PCB面積，卻可以實現類似于電解電容的電氣特性---有效抑制低頻噪聲。

圖- 8 RC阻尼網絡的實現示意圖

助力于T-BOX的LMR33630-Q1

在T-BOX等汽車應用中Wide Vin BUCK其實是相當于一級電源（主電源）的角色，用于將12V/24V轉成5V (3.8V…)。

耐壓要求視系統而定。對于12V系統，耐壓要求一般為36V；對于24V系統，耐壓要求一般為60V。

所需電流大小當然也視系統而定，通常為3-5A。

TI的LMR333630-Q1符合汽車應用標準，且簡單易用，不僅具有前面提到的可優化EMI性能的HotRod封裝，還具有以下特點：

既有車規與工規版本，也有2A/3A版本。

寬輸入電壓范圍：3.8V 至 36V (Abs. Max = 38V) 。

峰值電流模式控制，峰值效率 > 95%，并支持輕載高效。

靜態電流?。P斷為5uA，工作為25uA）。

開關頻率可選：400kHz、1.4MHz、2.1MHz。

最短導通時間只有68ns。

LMR333630-Q1還有眾多與之同樣出色的伙伴，由于篇幅問題不一一展開，列舉如下表1所示，可根據所需的系統、耐壓以及輸出電流大小進行快速選型。

表- 1 TI Wide Vin BUCK對比表

需要注明的一點是，車規級的LMR33620/30-Q1, LM76002/3/5-Q1, LMR14020/30/50-Q1都是屬于TI的通用器件 (Standard Product)，其性價比以及交期都是相當不錯。

綜上所述，TI的LMR33630-Q1及其同樣出色的一系列產品可滿足汽車應用如T-BOX中低電磁干擾的、高耐壓、輕載高效、低成本、高性價比等眾多要求，無疑是一級電源的絕佳選擇！

審核編輯：郭婷