电源管理的前沿趋势与动态

例如，开关电源(SMPS)作为电源转换器是典型的EMI源，优化电源转换器以抑制EMI的影响已成为每一位汽车系统设计工程师所面临的重要问题。LM5157-Q1异步升压转换器是集成了DRSSEMI技术的另一种产品，能够帮助工程师达到CISPR25的EMI标准。

而在汽车领域，电子系统之间的相互关系也越来越密切。因为需要将这些复杂系统置于越来越小的空间中，导致敏感系统相互靠近，所以EMI(EMI)问题不可避免。

但是，电源中EMI的降低给电源管理系统的设计带来了新的挑战。例如，开关电源(SMPS)作为电源转换器是典型的EMI源，优化电源转换器以抑制EMI的影响已成为每一位汽车系统设计工程师所面临的重要问题。

电源管理的前沿动态

低电压EMI：尽量减少对其他系统部件的干扰，简化电源设计和鉴定过程，高功率密度：降低系统功能，同时增加功率密度，低电压(静态电流)：延长电池寿命和储存时间，BU408实现更多功能，并降低系统成本，低噪音高精度：降低或转移噪音，简化电源链，提高精密模拟应用的可靠性，隔离：在高压和重要安全应用中，提高工作电压和可靠性。

什么是EMI？

电磁场是电磁能量的一种，是开关电流和电压的副产物，它产生于许多物理现象，可由严格的电磁波测量来显示。

鉴于SMPS的广泛应用，虽然其效率高于线性稳压器，但其MOSFET开关会产生大量的EMI，影响电路的可靠性，因此提高其效率也是有代价的。这主要来自于断续输入电流产生的输入电压纹波、开关点的快速摆动、以及在电源回路中由寄生电感引起的开关边的附加振荡。如果没有采取适当的缓解措施，上述现象将影响到电源、负荷或邻近系统的运行。

该数据来源于SMPS

对要求EMC的汽车系统，在设计时应尽可能降低干扰源部件的干扰强度和干扰易受干扰部件影响的敏感性。若终端设备制造商将不同厂商的元件集成在一起，则必须保证干扰元件和干扰电路互不影响，唯一的办法是制定一套一般规则，把干扰元件的影响限制在一定的范围内，以减少对干扰元件的影响。

这一规定是按照行业的一般准则制定的(例如，汽车工业的国际无线电干扰特别委员会和多媒体设备专用的CISPR32)。降低EMI值对满足CISPR标准的设计要求至关重要。

降低传统EMI方法所遇到的困难

降低EMI是一项复杂的工作，需要各种权衡。传统的减低EMI的方法包括使用大型和昂贵的滤波器或降低开关摆动，但这会直接影响转换效率。

在输入纹波的抑制中，常采用基于无源电感电容(LC)的EMI滤波器。虽然LC滤波可以衰减到EMI标准所要求的程度，但代价是增加了系统的尺寸和成本，并降低了总功率密度。

此外，用于设计输入EMI滤波器的大体积传感器，由于其自谐振频率较低，在30MHz以上的频率范围内不能实现衰减，因此需要附加铁氧体磁珠等处理高频衰减，进一步增加元件的数量、体积和成本。

另外一个传统的解决EMI问题的方法是在SMPS的开关频率上调制扩频(或时钟抖动)，以降低与基本开关频率及其谐波相关的频谱峰值，但代价是增加背景噪声。

扩频前后使用SMPS频谱

不管怎样，因为EMI会严重影响后期的设计过程，浪费大量的时间和资金，因此EMI问题必须从设计开始就考虑。但是，随着电源效率的提高，设计压力的增大，通过提高开关频率来降低尺寸和成本，或通过提高摆动率来提高效率，使得EMI问题日益突出。因此，必须找到一种既经济又易于集成的EMI减缓技术，又不影响电源设计。

平衡效率，EMI，尺寸和成本的创新技术

为迎接EMI的挑战，TI宽输入低电压降压开关电源产品经理GaneshSrinivasan表示，为降低低频和高频EMI，必须采用创新的解决方案和精确的建模技术。这种新的扩频技术可以缩小滤波器尺寸，降低成本，减少设计时间和复杂度，包括集成旁路电容、集成型有源EMI滤波器等。它是TI领先的EMI创新产品，产品包括降压控制器LM25149-q1-ic/" title="LM25149-Q1">LM25149-Q1，同步降压转换器LMQ61460，充放电端口控制器TPS25850-Q1,LM5157-Q1，以及UCC12050型独立DC/DC电源。

集成有源EMI滤波器DRSS技术：先进的DC/DC控制器LM25149-q1-ic/" title="LM25149-Q1">LM25149-Q1集成有源EMI滤波器(AEF)，可帮助工程师优化汽车电子产品的功率大小和EMI。采用主动式EMI滤波器，可以检测出输入端的噪声和纹波电压，将电流反向注入DC输入母线，消除了电流或电压的干扰，显著提高了EMI噪声和纹波电压，并改善了低频光谱辐射。

LM25149采用有源EMI滤波器，并采用了另一项EMI创新技术-双随机扩频(DRSS)技术，这两项技术的结合可以在整个EMI测试频段提供业界领先的EMI性能。

采用LM25149可避免在AM和FM频段产生干扰，使驾驶员不受音频噪声的影响，同时避免EMI干扰对车内电子设备造成伤害，使整个车身系统包括娱乐系统失效。

该技术将低频三角调制和高频伪随机调制两种调制方式结合在一起，对低频EMI和高频EMI的性能进行了优化。

通过与有源滤波技术的结合，本系统在高达400GHz的情况下可以降低55dB?V，进一步改善了电源的EMI性能。此外，主动式EMI滤波器中的主动元件会将感应信号放大，并通过电容的注入来注入适当的极性信号，从而大大减少输入线上的整体干扰。这将减少滤波所需的被动元件，从而减少这些元件的尺寸、体积和成本。外部EMI滤波器的面积和体积分别可减小50%和75%。

降低EMI噪声，同时缩小体积

LM5157-Q1异步升压转换器是集成了DRSSEMI技术的另一种产品，能够帮助工程师达到CISPR25的EMI标准。其开关频率为2.2MHz，可避免AM频段的干扰，并可缩小整个电源规模。本产品正、负频率同步范围为30%，简化了EMI滤波器设计。LM5157能适应多种不同的拓扑结构，包括升压、SEPIC或反激式结构，为用户提供了更多的拓扑选择。其最小1.5V输入电压，支持更严格的汽车冷启动功能，适合多种汽车应用(升压、SEPIC或反激转换器)。借助6A的开关电流，工程师可以将其用作一个转换器，从而减少BOM和设备数量。

集成输入旁路电容器：由于开关节点振荡较大，输入电源的大环路将导致高频带产生较高辐射。在器件封装中集成高频输入去耦电容，可降低输入环路寄生效应，从而降低EMI。LMQ61460汽车版同步降压转换器将键合线封装改为HotRod封装，并集成了一个旁路电容，优化后的插头设置有利于减少开关节点振铃，进一步减少电源带来的EMI干扰，适用于各种环境恶劣的汽车。由于LMQ61460具有3V-36V宽的输入电压范围，简化的浪涌保护设计可承受42V瞬时输入电压。结合输入旁路电容，能显著降低封装基线电感，同时减小输入纹波，具有良好的EMI性能。

HotRod封装被认为是一种基于引线框的倒装式芯片封装，它将硅片翻转直接放置在引线框上，从而更小程度地降低了引线开关电流对引脚的寄生电感。此外，HotRod封装不仅改善了电源环路电感，而且帮助减少了电源路径中的电阻，从而提高了效率，并减小了解决方案的尺寸。除了降低输入电源的环路电感外，高频输入电容的封装集成也使得终端系统的电路板布局不容易受到改变。

高度集成的双接口USB:TPS25850-Q1是一款新一代双端口、3ADC/DC充电接口控制器，开关频率2.2MHz，极大地降低了输出滤波电感，为汽车工程师提供更加紧凑的充电方式。与键合线封装相比，HotRod封装结构更加可靠。TI为工程师提供了400KHz和2.2MHz的参考设计，使得工程师可以复制和精确地获得2.2MHz和400KHz频率，并且可以通过严格的EMI测试和减小外部电感器的尺寸来降低由于开关频率造成的干扰。通过对USBType-C接口和电池充电1.2规格端口的检测和控制，TPS25850-Q1可将方案尺寸减少37%；智能热管理可降低互连设备的过热关断风险，提高用户体验。

关注解决EMI难题

SessiiliaSmith说，汽车电子应用的快速发展给电力转换器的设计带来了很大的压力。功率转换器必须经过精心设计，以满足标准机构规定的限制，从而确保关键系统能够在充满噪声的环境下安全工作。

上述汽车应用创新主要包括ADAS，娱乐系统，混合动力/电动及动力总成系统，车身电子元件及照明系统等。本发明将有助于工程师在满足EMI标准的情况下，提高设计的功率密度，使设计更加简便。