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ADI:低 EMI/EMC 开关转换器简化 ADAS 规划

文章转自ADI官网,版权归属原作者所有 背景知识 ADAS是高级驾驶员辅助系统的英文缩

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布景常识

ADAS是高档驾驭员辅佐体系的英文缩写,它在当今许多新式轿车和货车中很常见。此类体系一般有助于安全驾驭;当检测到周围物体(例如不恪守交通规则的行人、骑车人,甚至有其他车辆坐落不安全的行进轨道上)构成危险时,体系能够向驾驭员供给警报!此外,这些体系一般供给自适应巡航操控、盲点检测、车道违背正告、驾驭员疲倦监控、主动制动、牵引操控和夜视等动态特性。因而,顾客对安全性日益增强的注重、对驾驭舒适性的要求以及政府安全法规的不断添加,是未来十年后半时期轿车ADAS的首要添加动力。

这种添加对职业来说并不是没有应战,包含价格压力、通货膨胀、杂乱性和体系测验的困难性。此外,欧洲轿车职业是最具立异性的轿车商场之一,这点家常便饭,ADAS的商场浸透率和客户承受度均有重大突破。不过,美国和日本轿车制作商也不甘落后。最终目标是完成无需人类在方向盘后边干涉的主动驾驭!

体系难题

一般来说,ADAS集成了一些微处理器来搜集车内很多传感器供给的一切输入,然后进行处理,以便能够将其便利易懂地出现给驾驭员。此外,这些体系一般由车辆主电池直接供电,其标称电压为9 V至18 V,但由于体系内部的电压瞬变,电压或许高达42 V,而在冷启动期间,电压或许低至3.4 V。因而,这些体系中的任何DC-DC转化器都有必要至少能够处理3.4 V至42 V的宽输入电压规模。别的,许多双电池体系(例如货车中常见的双电池体系)需求更宽的输入规模,上限推高至65 V。因而,一些ADAS制作商将其体系规划为掩盖3.4 V至65 V的输入规模,使其可用于轿车或货车中,一起在制作过程中取得规模经济的优点。

大部分ADAS运用5 V和3.3 V电源轨为其各种模仿和数字IC器材供电。相应地,此类体系的制作商更喜爱运用单个转化器来一起处理单电瓶和双电瓶装备。此外,该体系一般装置在车辆中空间和散热均受约束的部分中,这会给用于散热意图的散热器带来约束。尽管选用高压DC-DC转化器直接从电池发生5 V和3.3 V电源轨是习以为常的,但在现在的ADAS中,开关稳压器也有必要到达2 MHz或更高的开关频率,而非曾经的500 kHz以下开关频率。这一改变背面的要害驱动力是需求更小尺度的处理方案,一起也要坚持在AM频段之上,以避开任何潜在的搅扰。

别的,如同规划人员的使命还不行杂乱相同,他们还有必要保证ADAS契合车内各种抗噪规范。在轿车环境中,开关稳压器正在替代那些注重低发热和高功率的区域中的线性稳压器。并且,开关稳压器一般是输入电源总线上的第一个有源部件,因而对整个转化器电路的EMI功能有着重要影响。

EMI发射有两类:传导和辐射。传导发射坐落连接到产品的电线和走线上。由于该噪声局限于规划中的特定端子或连接器,因而在开发过程中凭借杰出的布局或滤波器规划,一般能够相对简略地保证契合传导辐射要求。

不过,辐射发射完全是另一回事。电路板上任何承载电流的东西都会辐射电磁场。电路板上的每一条走线都是一根天线,每个铜层都是一个谐振器。除了纯正弦波或直流电压以外,任何其他东西都会在整个信号频谱上发生噪声。即便精心规划,在体系进行测验之前,电源规划人员也并不真实知道辐射发射会有多糟糕——而辐射发射测验只要在规划基本完成之后才干正式进行。

常常运用滤波器来衰减特定频率或必定频率规模的信号强度,然后下降EMI。经过空间传达(辐射)的这部分能量可经过添加金属和磁屏蔽来衰减。坐落PCB走线(传导)的能量部分可经过添加铁氧体磁珠和其他滤波器来按捺。EMI无法消除,但能够衰减到其他通讯和数字器材能够承受的水平。此外,多家监管组织经过施行相关规范来保证产品合规。

现代输入滤波器选用表面装置技能拥有比通孔器材更好的功能。可是,这种改进跟不上开关稳压器作业频率添加的脚步。更高的功率、较短的开/关时刻和更快的开关跃迁,导致谐波含量更高。一切其他参数(如开关容量和转化时刻)坚持不变时,开关频率每添加一倍,EMI就会恶化6 dB。假如开关频率添加10倍,宽带EMI就会像辐射添加20 dB的一阶高通滤波器相同。

有经历的PCB规划人员会将热环路变小,并让屏蔽接地层尽或许接近有源层。尽管如此,器材引脚摆放、封装结构、散热规划要求以及在去耦元件中贮存足够能量所需的封装尺度,都要求某一最小尺度的热环路。更杂乱的是,在典型平面印刷电路板中,走线之间高于30 MHz的磁性或变压器式耦合会削弱一切滤波器的效果,由于谐波频率越高,不良磁耦合就越明显。

低EMI辐射的高电压DC-DC转化器

鉴于上文所述的运用约束,ADI公司Power by Linear™部分开宣布LT8645S——一款支撑高输入电压、单芯片、低EMI辐射的同步降压转化器。其输入电压规模为3.4 V至65 V,因而既适宜轿车运用,也适宜货车运用,包含ADAS,后者有必要担任冷启动和启停场景下的调理,最低输入电压低至3.4 V,电源堵截瞬变超越60 V。如图1所示,该器材选用单通道规划,供给5 V、8 A输出。开关频率为2 MHz时,其同步整流拓扑可完成高达94%的功率,而在空载待机条件下,突发作业形式(Burst Mode®)坚持静态电流低于2.5 μA,因而十分适宜一直敞开的体系运用。

Figure 1
图1. 供给5 V、8 A、2 MHz输出的LT8645S原理图

LT8645S的开关频率能够在200 kHz到2.2 MHz规模内进行编程,并且在整个频率规模内都支撑同步。其共同的Silent Switcher® 2架构集成了内部输入电容以及内部BST和INTVCC电容,以缩小处理方案尺度。结合严厉受控的开关边缘和集成接地层的内部结构,并用铜柱替代键合线,LT8645S的规划大大下降了EMI辐射。此外,其Silent Switcher 2规划还能在任何印刷电路板(PCB,包含2层PCB)上供给鲁棒的EMI功能。并且,与其他相似转化器比较,它对PCB布局的敏感度要低得多。这是由于,LT8645S的内部双路输入、BST和INTVCC电容将热环路面积减至最小,使功能到达新的水平。它依然需求两个外部输入电容,但不再严厉要求把这些电容放在尽或许接近输入引脚的方位。结合内部电容(其使热环路面积最小),BT衬底的集成接地层使EMI功能明显进步(见图2)。多层BT衬底还使I/O引脚能够运用与QFN封装完全相同的图画,一起支撑完成大型接地焊盘。这种层压式QFN (LQFN)封装比规范QFN更柔韧且更灵敏,其焊点可靠性在板级温度循环期间表现出好得多的功能,使得客户在曾经只能运用含铅器材的情况下能够运用LQFN。

在整个负载规模内,LT8645S能够轻松契合轿车CISPR25、Class 5峰值EMI约束。还能够运用扩频频率调制进一步下降EMI水平(图2)。LT8645S内置高功率顶部和底部功率开关,并将必要的升压二极管、振荡器以及操控和逻辑电路集成到单个芯片中。低纹波突发作业形式可在低输出电流下坚持高功率,一起使输出纹波低于10 mV p-p。最终,LT8645S选用小尺度散热增强型4 mm×6 mm、32引脚LQFN封装。

Figure 2
图2. LT8640S辐射EMI功能图

定论

ADAS在轿车和货车商场中的推行不会很快完毕。相同清楚的是,找到适宜的功率转化器材以满意一切必要的功能指标,然后不搅扰ADAS,不是一项简略的使命。走运的是,此类轿车体系的规划人员现在能够取得ADI公司Silent Switcher 2 DC-DC转化器供给的强壮功能和才能。这些器材不只大大简化了电源规划人员的作业,一起还供给其所需求的悉数功能,而不要求杂乱的布局或规划技能。

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