引言

圖騰柱、功率和場效應(yīng)晶體管 (FET) 上的降壓轉(zhuǎn)換器脈沖，用于生成脈寬調(diào)制 (PWM) 信號（圖 1-1）。PWM 信號經(jīng)過濾波后產(chǎn)生輸出電壓 (V_OUT)。輸入電容 (C_IN) 支持高側(cè) FET 導(dǎo)通時間 D 期間所需的交流電流。這些交流波形為通過噪聲合規(guī)標(biāo)準(zhǔn)（例如 CISPR 25 5 類）造成了障礙。

圖 1 降壓轉(zhuǎn)換器原理圖和波形

降壓轉(zhuǎn)換噪聲問題

在高環(huán)境溫度條件下以低功耗實(shí)現(xiàn)降壓轉(zhuǎn)換器運(yùn)行?？焖匍_關(guān)可將 FET 功耗降至最低。由于快速開關(guān)，輸入電流具有高能量諧波。因此，當(dāng)需要滿足更嚴(yán)格的噪聲標(biāo)準(zhǔn)時，2.2MHz 運(yùn)行往往具有挑戰(zhàn)性。

FET 快速導(dǎo)通和關(guān)斷會導(dǎo)致開關(guān)波形中出現(xiàn)電感振鈴（圖1-2）。根據(jù)轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)表，輸入電容器必須靠近 V_IN 和 GND 引腳。這可確保輸入環(huán)路電感足夠低，以減少電感振鈴振幅。

圖 1-2 展示了開關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴。與疊加的紫色跡線相比，參考跡線（灰色）對應(yīng)的輸入電容器距離器件的 V_IN 引腳更近，兩者相差 70mil。這導(dǎo)致振鈴振幅增加約
3Vp-p，進(jìn)而影響通常包括該頻率范圍的輻射噪聲。

圖 2 不同電容器放置情況下的開關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴

電容器集成可降低噪聲

LMQ66430-Q1 進(jìn)一步降低了噪聲。該器件直接在完全封裝的器件引線框上實(shí)現(xiàn)集成的 (V_IN) 電容器。這減少了輸入環(huán)路電感和面積。環(huán)路電感和面積減小會影響磁耦合寬帶（諧波）噪聲。由于它們成正比，因此噪聲生成減少。LMR66430-Q1 是 LMQ66430-Q1 的非集成電容器版本。圖 1-3 突出顯示了在 30MHz 至 108MHz 的范圍內(nèi)進(jìn)行掃描時傳導(dǎo)噪聲的差異。此外，圖 1-4、圖 1-5 和圖 1-6 展示了輻射噪聲的差異。這些掃描均以相同的電源條件和設(shè)置在相同的 PCB 上進(jìn)行。

圖 3 CISPR 25 5 類傳導(dǎo)噪聲掃描（30MHz 至 108MHz）

圖 4 CISPR 25 5 類輻射噪聲掃描（桿狀天線：150kHz 至 28MHz）

圖 5 CISPR 25 5 類輻射噪聲掃描（雙錐天線：30MHz 至 230MHz）

圖 6 CISPR 25 5 類輻射噪聲掃描（對數(shù)周期天線：300MHz 至 960MHz）

可提高汽車類應(yīng)用可靠性的輸入電容器設(shè)計(jì)

輸入電容器通常是多層陶瓷片式電容器 (MLCC)。隨著時間的推移，這些電容器可能會因沖擊（即振動、溫度或機(jī)械沖擊）而發(fā)生故障。標(biāo)準(zhǔn) MLCC 往往會發(fā)生短路故障，從而可能導(dǎo)致系統(tǒng)過熱。

LMQ66430-Q1 集成了 MLCC 輸入電容器，這會給設(shè)計(jì)人員帶來相同的問題。該器件采用 0201、AEC-Q200 集成電容器。引腳 3 和引腳 6 之間串聯(lián)放置兩個 V_IN 電容器（圖 1-7）。兩個電容器串聯(lián)可以降低發(fā)生接地短路故障的風(fēng)險，因?yàn)槟切枰獌蓚€電容器同時發(fā)生故障。此外，將電容器排列成 L 形可以降低整體應(yīng)力。由于施加到相同軸上時應(yīng)力最大，因此這樣可以在器件的整個使用壽命內(nèi)減少應(yīng)力。最后，集成式 0201 電容器是軟端接型電容器。軟端接型 MLCC 不易破裂。LMQ64430-Q1 電容器集成技術(shù)帶來了相當(dāng)不錯的溫度循環(huán)報(bào)告，如表 1 所示。

圖 7 LMQ66430-Q1 電容器集成

結(jié)語

在汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)中，噪聲要求變得越來越重要。電容器集成技術(shù)通過減少環(huán)路電感和面積來降低噪聲，對實(shí)現(xiàn)低噪聲非常重要。這為達(dá)到 CISPR 25 5 類標(biāo)準(zhǔn)提供了簡單的布局和設(shè)計(jì)。汽車安全也是設(shè)計(jì)人員關(guān)注的一個問題。輸入電容器導(dǎo)致電池端子短接在一起可能會導(dǎo)致過熱情況。設(shè)計(jì)人員正在考慮電容器的選擇、放置和串聯(lián)使用，以降低出現(xiàn)過熱情況的概率。對于低噪聲安全關(guān)鍵型設(shè)計(jì)，可以考慮使用 LMQ66430-Q1 或 LMR66430-Q1，因?yàn)檫@些器件旨在幫助設(shè)計(jì)人員更輕松地滿足這些典型的汽車降壓要求。

參考文獻(xiàn)

1. 德州儀器 (TI)，LMQ664x0-Q1 具有集成 VIN 旁路和 CBOOT 電容器的 36V、1A/2A/3A 超小型同步汽車降壓轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)表
2. 德州儀器 (TI)，LMR664x0-Q1 36V、1A/2A/3A 超小型同步汽車類降壓轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)表
3. 德州儀器 (TI)，LMQ66430-Q1 降壓控制器評估模塊用戶指南
4. 德州儀器 (TI)，LMR66430-Q1 評估模塊用戶指南
5. 德州儀器 (TI)，通過更大程度降低電感寄生來降低降壓轉(zhuǎn)換器 EMI 和電壓應(yīng)力 模擬應(yīng)用期刊