2019年06月24日 | 技术文章—降低噪音：限制汽车系统中电磁干扰

本文，我们将介绍通过降低噪音并限制汽车系统中电磁干扰的解决方案。

我们来看一下ADI公司最近推出的LT8650S器件：双通道4A 42V同步降压静音电源开关（静态电流6.2µA）（见图1），它适用于通用降压应用以及汽车和工业领域的产品。LT8650S双通道同步静音稳压器为SoC应用提供了更大的输入电压范围、更优的电磁屏蔽性能以及更小的尺寸，同时提供多个高电流输入，并具备快速瞬态响应能力。

图1：ADI公司最新推出的LT8650S双通道4A 42V同步降压静音电源开关（静态电流6.2µA）（来源：ADI）

它设计有两个通道，每个通道同时提供4A和最大6A的电流输入，并具有超低的静态电流突发模式，当输入电压VIN=12v，输出电压VOUT1=5v，VOUT2=3.3v时其静态电流仅6.2μA，纹波小于10mVP-P。此器件可以在低输出电流的情况下提升效率（输入12VIN、2MHZ，输出2A、5VOUT的情况下效率是94.6%；输入12VIN、2MHZ，输出4A、5VOUT的情况下效率是93.3%）。在强制连续模式下允许固定频率的开关操作控制整个输出负载范围和扩频操作，可进一步减少电磁干扰。LT8650S可选的外部VC管脚为快速瞬态响应提供了最佳的环路补偿，VC管脚还可以实现电流共享。LT8650S触发一个快速的最小开关时间为40ns，其输入电压范围为3-42V，可调的同步开关频率是300KHz到3MHz，器件大小4x6mm，32个管脚，采用LQFN封装。

汽车SoC对电源的负载瞬态响应提出了更高的要求，外围电源负载电流转换速率在100A/µs，无论负载如何变化，电源必须使输出的电压瞬态值最小，快速切换频率如LT8650S系列的2MHz特性，有助于加快瞬态恢复。更快的开关频率对应更快的动态响应和适当的环路补偿。

Coilcraft公司提供三种流行风格的高性能功率电感器，分为XEL、XAL和XFL系列，这些都属于Ltral产品系列。XEL和XAL系列采用的都是创新型复合材料，功率电感器具备非常平缓的电流波动特性。XFL系列也具有平缓的变化特性，它的材料更类似于传统的铁氧化材料，比XAL和XEL系列变化速率更大一些。XFL系列具有最低的直流电阻，核心损耗最小。相比XAL系列，新的XEL系列具有更低的交流损耗，而XFL系列的总功率损耗最低（图2）。对于设计用于承受高峰值电流的高频电源开关而言，XEL系列无疑是最好的选择。

图2：这些表格数据展示它们重要的区别，包括XAL、XEL和XFL系列之间电感和电流的关系，以及功率损失和纹波电流之间的关系（来源：Coilcraft）

ADI的LT8650S演示板卡（DC2407A）选择使用Coilcraft公司提供的功率电感器进行设计，固定电感器ADI选择的是符合AEC-Q200的1μH XFL5030-102ME，属于Coilcraft XAL/XFL功率电感器系列，该系列具有体积小、频率高、效率高等特性，被新一代静音开关器件所选用，当然这是ADI工程师评估各方面因素做出的最好决定。

Coilcraft XAL/XFL功率电感器采用Coilcraft Ltra技术生产，Ltra技术是使用磁性材料（例如铁粉（Fe））生产电感器的独特方式，通过模制工艺形成坚固的电感器。该技术有效地消除了绕组之间的任何空间浪费，从而在相同尺寸的部件中产生更高的饱和电流和更低的DC电阻。

市场的趋势是设计DC/DC转换器，并且不断提升切换频率，目标是降低所需的电感值，减少电感的尺寸和成本。除了这个目标还需要不断提高组件的效率。随着开关频率的增加，频率相关的损失和核心损耗（交流损耗）变得越来越重要，需要让设计在高开关频率下正常工作，这就提出了更多的要求。Ltra技术的复合材料核心是在2MHz的开关频率下具备更佳的效率。

Ltra产品采用大型端子设计，具有最佳的焊接管脚和热管理。大型端子也可以在没有热点的情况下传输更高的电流，保持较好的散热，从而提高器件的长期可靠性。这些元件的紧凑尺寸设计让它们在PCB上更好的布局，降低了整体解决方案的尺寸。

Ltra技术旨在为市场提供非常强劲的零部件，其坚固的形状、强大的机械和振动应对能力使它们能够适合恶劣的环境，如汽车、工业和便携式电子应用等，Ltra具有优越的温度稳定性，在-40℃到+125℃的温度范围内饱和曲线的变化小于3%，并且符合AEC-Q200标准。

一些电感核心材料表现出一种称为热老化的负特性，当电感发生热老化时，随着时间和温度的增加，效率会降低，进而导致发热量增加，这样会进入恶性循环。电感器和电路的过热可能超过额定温度范围，有时会造成灾难性的后果，Coilcraft Ltra材料体现了消除热老化问题的重要特性。

Ltra技术也有效的降低了电磁干扰，整个线圈采用磁性材料将有害的电磁干扰信号降低到最少，线圈通量由线圈本身决定，允许更加紧凑的线圈设计方式，线圈间电流屏蔽效果也更好。

Coilcraft公司推出的功率电感器系列包括丰富的可选组件，这使得工程师能够根据自己的具体设计选择不同型号的电感器，不同尺寸和不同功率级别的器件所具备的参数都经过了优化，每种型号都具有独特的性能优势。

这些功率电感器具有更低的DCR特性，DCR表示的是电感器的电阻值，是由电感器线圈材料的电阻值决定的。

这些功率电感器具有足够的饱和电流（ISAT），由于散热速率的原因，ADI公司通常不会将每个通道的电流限制设计到最大，对于这种器件，每个通道的电流限制为4A，两个通道可同时正常工作，当只有一个通道启用时每个通道的限制电流可达到6A。

今天的汽车和工业市场需要提供高效率、高频率和低电磁干扰的电子解决方案。文中提供了一个具体的解决方案示例，展示了ADI的Silent Switcher® 2稳压器和Coilcraft的功率电感器是如何协同工作，为用户提供低电磁干扰解决方案。你现在可能唯一需要担心的汽车噪音可能是来自后座上孩子们尖叫式的催促声：“我们到了吗？”

作者简介

Paul Golata于2011年加入贸泽电子。作为高级技术内容专家，Paul凭借出色的战略领导力、战术执行力以及先进技术与相关产品的整体产品线和营销方向，为贸泽电子的成功做出贡献。 Paul通过编写独特而有价值的技术内容为设计工程师提供最新的技术资讯，促进并增强了贸泽电子作为首选分销商的地位。在加入贸泽电子之前，Paul曾在Hughes Aircraft Company、Melles Griot、Piper Jaffray、Balzers Optics、JDSU和Arrow Electronics担任过制造、营销和销售相关职位。Paul拥有伊利诺伊州芝加哥市德睿理工学院的电子工程学士学位；加州马里布佩珀代因大学工商管理硕士学位；德克萨斯州沃思堡的西南浸信会神学院神学硕士及文学士学位；以及德克萨斯州沃思堡西南浸信会神学院的博士学位。