低EMI / EMC发射开关转换器简化了ADAS设计

IAB研究2019-03-14 13:44:49

       高级驾驶员辅助系统(ADAS)通常提供安全驾驶和警报系统,以检测周围物体的风险,例如错误的行人,骑自行车者甚至是不安全轨道上的其他车辆。随着消费者安全的日益关注,驾驶时对舒适性的需求以及政府安全法规的增加,这是本十年后半期ADAS在汽车中的主要增长动力。

       这种增长并非没有行业挑战,包括定价压力,通货膨胀,复杂性以及测试这些系统的难度。此外,欧洲汽车行业是最具创新性的汽车市场之一,毫不奇怪,它已经从客户那里看到了ADAS的主要市场渗透和采用。尽管如此,美国和日本的汽车制造商都不甘落后。最终目标是自动驾驶机器,无需人在车轮后面!

系统挑战

      一般来说,一个ADAS系统采用某种微处理器从车辆内的多个传感器收集所有的输入,然后处理他们,使他们可以很容易地呈现给驾驶员的方式,它可以很容易理解。此外,这些系统通常是直接从车辆主电池即标称9V至18V在汽车提供动力,但在冷启动过程中可能是高达42V由于系统内的电压瞬变,并且低至3.4V条件。因此,这些系统中的任何DC / DC转换器必须能够处理3.4V至42V的宽输入电压范围。此外,许多双电池系统,例如卡车中常见的双电池系统,需要更宽的输入范围,将上限推高至65V。因此,一些ADAS制造商将其系统设计为覆盖3.4V至65V的输入范围,因此可用于汽车或卡车;同时在制造过程中获得规模经济。

      许多ADAS系统使用5V和3.3V电源轨为各种模拟和数字IC内容供电;相应地,这种系统的制造商更喜欢使用单个转换器同时解决单电池和双电池配置。此外,该系统通常安装在车辆的一部分中,该部分既空间又受热约束,从而限制了可用于冷却目的的散热。 ADAS系统还有一个开关稳压器,可以在2MHz或更高的频率之间切换,低于sub的历史开关频率-500kHz。这种变化背后的关键驱动力是需要更小的解决方案占用空间,同时还允许AM频段避免任何潜在的干扰。


       ADAS系统符合车辆内的所有抗噪声标准。在汽车环境中,开关稳压器正在取代低热耗和低效率的领域中的线性稳压器。此外,开关调节器通常是输入总线上的第一有源元件,因此对转换器电路的完整性能具有显着影响。

      EMI辐射有两种类型;进行和辐射。传导发射可以通过连接到产品的电线和走线进行。由于噪声局限于设计中的特定端子或连接器,因此在开发过程中遵守传导发射要求可以相对较早,具有如上所述的良好布局或滤波器设计。

      然而,辐射发射完全是另一个故事。电路板上携带电流的所有东西都会辐射出电磁场。电路板上的每条迹线都是天线,每个铜平面都是谐振器。除了纯正弦波或直流电压之外,任何东西都会在整个信号频谱上产生噪声。即使经过精心设计,电源设计人员也不会真正知道在系统进行测试之前辐射发射会有多糟糕。辐射发射测试并不完全。

      滤波器通常用于通过衰减特定频率或频率范围内的强度来降低EMI。通过空间(辐射)传播的这部分能量通过添加金属和磁屏蔽而衰减。通过添加铁氧体磁珠和其他滤波器来添加骑在PCB迹线(传导)上的部件。 EMI无法消除,但可以衰减到其他通信和数字组件可接受的水平。此外,一些监管机构执行标准以确保合规。


      表面贴装技术中的现代输入滤波器组件比通孔部件具有更好的性能。然而,这种改进超过了工作频率的增加。由于谐波含量较高,效率更高,最小开启和关闭时间更短。对于开关频率每增加一倍,EMI就会变差6dB,而所有其他参数(如开关容量和转换时间)保持不变。宽带EMI表现为一阶高通,发射高20dB。

      精明的PCB设计人员将使热回路变小,并使用尽可能靠近有源层的屏蔽接地层。然而,在去耦元件中需要足够的能量存储,需要器件引脚,封装结构,热设计要求和封装尺寸。更复杂的是,30 MHz以上走线之间的磁性或变压器式耦合将减少所有滤波器的工作量,因为谐波频率成为更有效的不需要的磁耦合。

      ADI公司开发了Power by Linear LT8645S,这是一款高输入电压的单片式同步降压转换器,具有低EMI辐射。其3.4V至65V输入电压范围使其非常适用于汽车和卡车应用,包括ADAS,必须通过冷车发动规范和停止启动场景与最小输入电压低至3.4V和甩负载瞬态电压超过60V。如图1所示,它采用单通道设计,在5V时提供8A输出。其同步整流拓扑可提供高达94%的效率工作于2MHz的开关频率,而突发模式操作保持2.5μA下静态电流在无负载的待机条件,从而非常适用于始终保持接通的系统。

图1:LT8645S原理图以2MHz的8A输出提供5V电压


     LT8645S的开关频率可在200kHz至2.2MHz范围内进行编程,并在此范围内同步。其独特的SilentSwitcher®2架构集成了内部输入电容以及内部BST和INTVCC电容,以减少解决方案占板面积。 LT8645S的设计大大降低了EMI辐射,同时键合线与非常良好控制的开关边缘和整体接地层以及使用铜柱代替键合线相结合。此外,其Silent Switcher 2设计还可在任何印刷电路板(PCB)上提供强大的EMI性能。包括2层PCB。此外,与其他同类转换器相比,它对PCB布局的敏感度要低得多。这种新的性能水平归功于LT8645S的内部双输入,BST和INTVCC电容,可最大限度地减少热回路的面积。

      它仍然需要双外部输入电容,但要求是引脚非常放松。结合内部电容器,最大限度地减少了热回路的面积,BT基板的集成接地层显着提高了EMI性能。多层BT基板还使I / O引脚能够使用与QFN封装相同的图案,同时支持大型接地热垫,

       LT8645S可在整个负载范围内轻松通过汽车CISPR25,Class 5峰值EMI限制(见图2)。扩频调频也可在更低的EMI水平下使用。 LT8645S采用内部顶部和底部高效电源开关,并在单个芯片中集成了必要的升压二极管,振荡器,控制和逻辑电路。低纹波突发模式操作在低输出电流时保持高效率,同时保持输出纹波低于10mVp-p。最后,LT8645S是一款小型,耐热增强型4mm x 6mm 32引脚LQFN封装。


图2:LT8640S辐射EMI性能分析


结论

       ADAS系统在汽车和卡车中的扩散不会很快结束。 ADAS系统不是一项简单的任务,因为它也是最清晰的解决方案。 幸运的是,这些汽车系统的设计人员现在可以拥有ADI公司的Silent Switcher 2 DC / DC转换器的高性能功能。 它们不仅极大地简化了电源设计人员的任务,而且还提供了所需的所有性能,而无需复杂的布局或设计技术。


Copyright © 丰城计算器学习组@2017