汽车和工业中的EMI问题有哪些创新的解决方案？

当更多的电子元器件进入汽车和工业产品中后，汽车电子系统和工业系统变得越来越复杂和密集，而且互连的程度也也来越高，因此如何降低电磁干扰（EMI）的影响成为了工程师在设计之初，就必须要考虑的因素。否则的话，设计后期就需要话费大量的时间和资金来解决EMI问题。

而开关电源（SMPS）几乎是所有电子产品中都会用到电路之一，因为它可以提供比线性稳压器更高的效率。但这个效率的提高是有代价的，开关电源中的MOSFET开关会产生大量的EMI，进而会影响电路的可靠性。

应对EMI挑战的方法

那么有没有什么办法来降低EMI，以最大限度地减少开关电源对其他系统组件的干扰呢？德州仪器升压与多通道DC/DC产品线副总裁兼总经理 Cecelia Smith女士表示，“德州仪器正在通过半导体、封装技术的创新，及最全新的建模技术来帮助工程应对EMI挑战。”

图1：德州仪器升压与多通道DC/DC产品线副总裁兼总经理 Cecelia Smith女士

她承认，在汽车和工业应用设计的电源系统中，满足EMI的行业标准，降低传导和辐射是工程师关心的关键问题之一。而电子设备的增长以及DC/DC开关速度的提高，对电源设计工程师提出了新的挑战。

因此，Cecelia Smith提出了两个应对EMI挑战的策略。

第一，减少无源滤波器，它通常是降低EMI最关键的器件，TI通过降低它的尺寸和成本，帮助工程师缩小EMI电源设计的尺寸。这里需要用到创新的扩频技术和度异相开关技术。

第二，减少设计的时间和复杂性，包括集成旁路电容，集成有源EMI滤波器，以及更低寄生效应的封装等。

Cecelia Smith同时还强调，TI在帮助电源工程师应对EMI问题所提供的支持，包括三个方面：一是Webench电源仿真工具；二是EMI板的使用文档或者规格书会提供更为详尽的EMI测试报告；三是可以给客户提供在现场或在线的EMI测试帮助，包括一些EMI测试场地。

德州仪器 (TI) 宽输入电压及降压开关电源产品线经理Ganesh Srinivasan进一步指出，TI会在EMI方面进行持续投入。

第一是提供EMI测试的场地实验室，客户可以把他所需要测试的设备带过来，在TI内部的测试场地里做CISPR 25或CISPR 32等EMI测试，TI也能够提供一定的服务和技术上的支持；

第二，TI有一个非常强大的生态系统，这个生态系统可以在官网TI.com上找到EMI相关的设计，也可以提供Webench做EMI的模拟仿真，包括输入滤波器的模拟。Webench也可以帮助工程师进行设计，网上会有TI的数据表、规格书和评估板的用户手册，都会包含这类产品EMI测试的最终结果，包括针对CISPR 25和CISPR 32的规范；

第三，客户有其他的问题，也可以通过TI线上的E2E论坛来把他的问题发布出来，TI工程师会在线帮助他们解答这类EMI的问题。

图2：德州仪器 (TI) 宽输入电压及降压开关电源产品线经理Ganesh Srinivasan

低EMI开关电源芯片

为了支持工程师缩减电源解决方案的尺寸，并降低其EMI影响，TI在4月7日推出了一款具有集成式有源EMI滤波器的先进DC/DC控制器LM25149-Q1及其工业版本LM25149。

据Ganesh Srinivasan介绍，有源EMI滤波器能够检测输入端的噪声和纹波电压，在直流输入母线上注入与其相位相反的电流，从而消除电流或电压干扰，以降低EMI噪声和纹波电压。

LM25149既具有有源EMI滤波器(AEF)，同时也具备双随机展频(DRSS)技术，Ganesh Srinivasan认为，这是另外一项EMI的创新，这两者相结合可以在整个EMI测试频段中提供业界领先的EMI性能。

DRSS这项技术结合了低频三角调制以及高频伪随机调制这两种调制方式，优化了低频和高频中EMI的性能。当使用这两者技术，包括DRSS和有源滤波器之后，可以给用户最高在400GHz的情况下带来55 dBµV的降幅，进一步改善电源的EMI性能。

“EMI整个规格是非常宽的频率范围，通常是150KHz，到工业应用上是到30MHz，汽车应用上会到108MHz，对于DRSS这项技术，它能改善的频段会是比较高频的频段，从10MHz往上。对于AEF来说它更多的是改善从150KHz到10MHz这个低频EMI的干扰，通过结合AEF和DRSS，你就可以在整个EMI频段上降低所有频段的EMI干扰，从而更容易地通过EMI的测试。” Ganesh Srinivasan特别强调。

在Ganesh Srinivasan看来，这项技术给客户能够带来的好处是，可以在保证原来EMI性能的同时大大降低输入滤波器的大小，最高可以降低高达50%的占板面积和75%的体积。“客户在使用这个产品时，既能保证有良好的EMI特性也能保证具有更小的电源尺寸。之前我们提到过，TI有非常完善的EMI生态系统，针对LM25149，我们提供了在线的用户指南，包括客户也可以在网上申请我们的LM25149评估板，它已经集成了AEF和DRSS这两项EMI提升的功能。评估板的用户指南同样可以从网上下载。”他指出。

此外，TI还介绍了LMQ61460、TPS25850-Q1、LM5157-Q1、UCC12050等低EMI电源产品。

其中，LMQ61460的工业版本和汽车版本都已经正式发布，该芯片在封装里集成了一个旁路电容，可以进一步降低电源带来的EMI干扰。这款产品对EMI进行了优化，可以适用于各种工业或汽车应用，例如Type-C工业机器人，工业PC以及测试测量，或者医用工业产品。主要的优势是，LMQ61460提供了3V-36V的宽输入电压范围，并且它可以接受最大到42V的瞬态输入电压。这款产品因为集成了输入的旁路电容，它可以大幅度降低封装里基线的电感，同时能降低它输入的纹波，从而能够提供更为良好的EMI表现。“这里强调的是，我们集成的输入电容其实是个非常大的封装创新，正因为集成了这样的输入电容，所以能够进一步降低开关节点的振铃，这可以带来更好的EMI表现。” Ganesh Srinivasan表示。

TPS25850-Q1是一个双端口、3A DC/DC充电端口控制器，这是一款具有2.2MHz开关频率的电源方案，使得汽车工程师能够简单地实现充电方案。开关频率运行在2.2MHz，可以大大地减少输出的滤波电感，从而能给工程师带来更为紧凑的电源解决方案。TI针对这款产品，为工程师提供400KHz和2.2MHz的参考设计。参考设计可以使得工程师复制并准确达到2.2MHz和400KHz频率，从而能降低开关频率所造成的干扰。

LM5157-Q1是非同步升压转换器，该产品同样集成了双随机展频的EMI技术，能够帮助工程师满足CISPR 25的EMI标准。这款产品同样也提供2.2MHz开关频率，能够避免干扰AM频段，并且满足能缩小整个电源尺寸的解决方案。同时，该产品具有正负30%的频率同步范围，能够简化EMI的滤波器设计。LM5157能够适用于各种应用中的各种拓扑，包括升压、SEPIC或者反激式拓扑，从而能给客户带来更多样的拓扑选择；并且它也是低EMI的解决方案。

与前面介绍的非隔离电源解决方案不同的是，UCC12050是一颗隔离的500mW的隔离电源方案，它具有出色的EMI性能以及非常小的体积。该产品是第一个采用TI的集成变压技术所开发出来的产品。它的应用非常广泛，适用于工厂自动化、医疗设备、工业传感器等等这些工业应用。这款产品的优势是在于：

一，它优化并降低了内部变压器一次到二次电容的电容量，通过这一点实现更好的EMI性能。

二，正是因为这颗产品集成了变压器，所以它能够提供一个非常高的功率密度，这样能够帮助工程师在需要隔离的工业应用中能够提供更小的电源解决方案，缩小电源尺寸高达80%。

三，这款产品是支持宽温工作范围，并且它具有8mm爬电距离的增强型隔离，从而可以给客户提供非常好的产品可靠性和保护性能。

结语

如今的EV/HEV，及燃油车，车身娱乐系统的功能越来越多，这意味着它包含了更多的电子元器件或电路在里面。而电源板上的电子元件越多，就需要工程师去设计更为紧凑的电源方案以得到多样化的功能。而更高的开关频率，能够大大减少在设计电源时的电源尺寸和大小，能在一块板子上放入更多的解决方案，但同时高频带来了更多EMI问题，因此工程师需要更低EMI的电源产品解决方案。上面提到的这些产品或许对您有所帮助。