Other Parts Discussed in Post:LMR33630-Q1, LM76005

第三節(jié) LMR33630-Q1：一級電源的絕佳選擇

在前兩節(jié)，我們討論了T-BOX目前較為流行的接口：PHY 和CAN。后面的環(huán)節(jié)我會(huì)對電源進(jìn)行介紹，主要分成Wide Vin BUCK、Low Vin BUCK等幾個(gè)部分展開。

在本節(jié)內(nèi)容中，我會(huì)探討目前BUCK面臨的挑戰(zhàn)之一EMI問題以及一些對應(yīng)的優(yōu)化方案，此外還將著重介紹汽車應(yīng)用中（如T-BOX）的一級電源（主電源）的TI明星產(chǎn)品LMR333630-Q1以及與之同樣優(yōu)秀的器件。

BUCK的EMI優(yōu)化方案

在汽車應(yīng)用，BUCK設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)良好的EMI性能極具挑戰(zhàn)又很昂貴。原因在于高頻的BUCK越來越流行，而EMI的標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)格。開關(guān)頻率越高，可以減少設(shè)計(jì)中的電感值從而降低器件成本、也可以減少電源設(shè)計(jì)的PCB面積和尺寸、同時(shí)也可以避開收音機(jī)的頻段以免引入噪聲。盡管使用高頻的開關(guān)頻率優(yōu)勢很多，但也會(huì)帶來很多的EMI問題。通常對大部分的EMI標(biāo)準(zhǔn)而言，頻段越高，其EMI標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)越嚴(yán)格。如下圖1中的CISPR-22，高頻段顯然有更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。這無疑是個(gè)挑戰(zhàn)。因?yàn)殚_關(guān)頻率及其對應(yīng)的低次諧波都有較高的能量，而跟低頻的開關(guān)頻率的BUCK相比，這些高頻的開關(guān)頻率及其對應(yīng)的低次諧波的能量有可能就位于EMI要求更嚴(yán)格的頻段。幸運(yùn)的是，新的技術(shù)可以幫助BUCK有效地解決這一挑戰(zhàn)。

圖- 1 CISPR-22 EMI標(biāo)準(zhǔn)

TI當(dāng)前以及下一代BUCK的方案提供了極具創(chuàng)新的封裝技術(shù)---HotRod，讓你板級的EMI優(yōu)化更加簡單。這種HotRod封裝有幾個(gè)關(guān)鍵的特性可以優(yōu)化EMI。

其一：引腳分配的設(shè)置。

如圖2所示，HotRod封裝有兩個(gè)電源VIN引腳和兩個(gè)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(huán)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(huì)減半（兩個(gè)相等的并聯(lián)電感）。這可以有效地減少高的di/dt 產(chǎn)生的噪聲，相當(dāng)于高頻濾波。

此外，該封裝在保持較小的相對電流環(huán)路面積的同時(shí)，還可以再加兩個(gè)高頻輸入電容來維持的di/dt波形。由于回路面積與磁場強(qiáng)度成正比，所以可以減小該回路產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度。此外，通過采用對稱的di/dt輸入回路布局，兩個(gè)對稱回路所產(chǎn)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(shè)計(jì)示意圖

與此同時(shí)，如圖3所示， HotRod封裝可以很方便地將開關(guān)節(jié)點(diǎn)的引腳 (pin12) 直接連線到芯片正下方。這可以減少開關(guān)節(jié)點(diǎn)到BOOT電容的連線，從而減少了開關(guān)節(jié)點(diǎn)區(qū)域的面積。這樣可以降低開關(guān)節(jié)點(diǎn)的高頻諧波對周圍的影響。前面提到的點(diǎn)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(shè)計(jì)

如圖5所示，采用Flipped Chip設(shè)計(jì)，意味著從Die到引腳之間是沒有鍵合線連接的。

圖- 5 HotRod的機(jī)械示意圖

這樣可使得由BUCK內(nèi)部的串聯(lián)諧振電路導(dǎo)致的開關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴幅度明顯減少，HotRod技術(shù)和友商的DFN技術(shù)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(huán)路中的寄生電感來實(shí)現(xiàn)。

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(yōu)化EMI濾波進(jìn)行改善。EMI濾波器可分成來兩類：LC濾波以及RC阻尼網(wǎng)絡(luò)。

LC濾波

LC濾波可以用于衰減導(dǎo)致EMI超標(biāo)的開關(guān)頻率及其諧波。選擇合適的LC組件可以通過設(shè)置角頻率來確?；l有足夠衰減。二階的LC濾波可實(shí)現(xiàn)-40dB/decade的衰減。工程師可以根據(jù)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(shí)現(xiàn)示意圖

RC阻尼網(wǎng)絡(luò)

該設(shè)計(jì)與附加的LC濾波兼容。電路系統(tǒng)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(huì)占用過多PCB面積，卻可以實(shí)現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)示意圖

助力于T-BOX的LMR33630-Q1

在T-BOX等汽車應(yīng)用中Wide Vin BUCK其實(shí)是相當(dāng)于一級電源（主電源）的角色，用于將12V/24V轉(zhuǎn)成5V (3.8V…)。

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

所需電流大小當(dāng)然也視系統(tǒng)而定，通常為3-5A。

TI的LMR333630-Q1符合汽車應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，且簡單易用，不僅具有前面提到的可優(yōu)化EMI性能的HotRod封裝，還具有以下特點(diǎn)：

既有車規(guī)與工規(guī)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(tài)電流?。P(guān)斷為5uA，工作為25uA）。

開關(guān)頻率可選：400kHz、1.4MHz、2.1MHz。

最短導(dǎo)通時(shí)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(jù)所需的系統(tǒng)、耐壓以及輸出電流大小進(jìn)行快速選型。

表- 1 TI Wide Vin BUCK對比表

需要注明的一點(diǎn)是，車規(guī)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(jià)比以及交期都是相當(dāng)不錯(cuò)。更多Wide Vin BUCK的TI通用器件見下表2。

表- 2 汽車級通用寬壓電源

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

審核編輯：金巧