如何改善汽车电子LED驱动器设计的EMC

　　作者：FRANCESCESTRAGUÉS和拉尔夫OHMBERGER

越来越多的汽车制造商不再使用卤素灯泡，而是采用LED技术。但是，LED照明系统具有不同的电源要求，具体取决于串上存在的设备数量，所需电流，调光以及其他因素。传统的线性稳压器无法始终满足这些需求，因此设计人员越来越依赖开关模式电源（SMPS）。这些会产生电磁兼容性（EMC）合规性问题，需要解决。

幸运的是，有许多有效的方法可以通过组件放置和布局来改善LED驱动器设计的EMC，以及半导体制造商正在为其产品添加的有用功能。让我们看看其中的一些。

PCB布局

在PCB的设计中，机械尺寸和放置限制（例如连接器位置和保留区域）通常会使SMPS PCB布局复杂化。即便如此，工程师还是可以采取一些措施来减少EMC问题。确保良好EMC的一种有效方法是，如果可能进行双面组装，则将DC / DC转换器放置在远离连接器的位置，并在PCB的另一侧。这样可以最大程度地减少耦合到线束中的噪声，从而消除了输入滤波器的影响。同时，应将输入滤波器模块放置在靠近连接器且远离DC / DC的位置，以免对滤波器电感器产生任何噪声。

如果无法进行此类放置，则设计人员应为DC / DC转换器模块（转换器IC，电感器和输入电容器）使用局部屏蔽。屏蔽层会增加设计成本，但可以帮助节省过滤组件，通常这取决于设计是否兼容。

如果LED照明解决方案需要金属散热片来散热，则该散热片可以充当屏蔽层。有两种可能的情况：

散热器具有多个良好的GND连接点，以减少辐射并保护器件免受干扰。

散热器与GND的连接不良（例如，只有一个接触点），因此屏蔽效果较差，甚至可能充当贴片天线。在这种情况下，在散热器和GND之间的连接点处添加一个铁氧体磁珠，以提高设计的抗干扰能力。

当LED负载与驱动器板不在同一PCB上时，较长的负载线（> 10 cm）会产生过多的噪声。为了减轻这种情况，请在输入端使用共模扼流圈。甚至更简单的解决方案是在V IN电缆连接和GND电缆连接处放置两个铁氧体磁珠，如图1所示。当传导发射很高，在50 MHz至108 MHz之间时，在两根负载电缆上都使用输出滤波器有助于辐射发射。

图1用于具有远程负载的LED驱动器的良好输入滤波器设计在电缆连接处包括铁氧体磁珠。

PCB布线

在规划PCB布局之后，请考虑将DC / DC转换开关节点路由到何处。在EDN文章“ PCB设计，低EMI DC-DC转换器”提供了关于如何设计的DC / DC模块有用的指示。

由于汽车照明对于安全至关重要，因此LED设计必须保持一定的亮度水平和稳定性，而不受干扰的影响。因此，重要的是保持LED驱动器威廉希尔官方网站 产生的低电磁干扰（EMI）以及低的干扰敏感性。

大多数LED驱动器IC使用恒定电流方法，并且可能具有电流感应电阻器。其他高级驱动器具有进入IC的多条迹线，这些迹线会吸收噪声并可能影响性能（例如，温度感应或调光）。将这些走线尽可能在威廉希尔官方网站 板的内层布线，并在外层用铜屏蔽它们。

当使用2层PCB时，请避免通过布线较长的走线来切割GND平面。这样的大切口是许多布局中的常见错误，当大切口靠近DC / DC模块时，这尤其危险，因为参考GND平面中的切口会增加阻抗，并根据尺寸而产生高频噪声。而是通过在顶层和底层之间交替较短的距离来布线走线，如图2所示。这种方法减少了每条走线的长度，从而使威廉希尔官方网站 板更不受高频干扰的影响。

图2在2层威廉希尔官方网站 板设计中，为了避免产生高频噪声的可能性最小，请在两层威廉希尔官方网站 板设计中通过交替排列较短的长度来避免长时间的走线。

还要注意通过放置。在元件附近有许多走线的小板上，通常使用过孔进行布线。但是，如图3所示，紧密堆积的通孔也会导致金属层的长切口。确保过孔之间有足够的空间，以便可以在它们之间放置GND铜层，以避免大的切口。

图3如果过孔之间的距离太近，连接过孔会在接地平面上产生不希望的长切口。

半导体EMC改进

在过去的几年中，半导体制造商已经想出了几种方法来提高DC / DC功率和效率，同时还改善威廉希尔官方网站 的EMC。一种方法是使用频率扩展频谱（FSS）调制（有时称为抖动）将基本开关频率的能量扩展到具有较低峰值的较宽频带。这种方法允许转换器在AM波段（535 kHz至1605 kHz）内切换时通过EMC测试。当转换器切换到高于AM频段的频率时，它还可以降低FM频段（88 MHz至108 MHz）中辐射的噪声。

制造商改善转换器EMI的另一种方法是包括一个封装内的去耦电容器。这通过最小化电容器和开关之间的寄生电感来提供有效的去耦，并且还降低了PCB BOM成本。

MPS的MPQ7200是高级LED驱动器的一个很好的例子。借助工厂调整的FSS调制选项以提高EMI性能，该器件在降压模式下以2.3 MHz切换，在降压-升压逆变器（BBI）模式下以1 MHz切换。在硅中实现了一种低损耗电流检测方法，从而无需外部电流检测电阻器及其相关走线。

随着越来越多的LED用于帮助驾驶员与其车辆通信，LED技术实现了信号和安全性方面的创新。现代LED照明设计需要提供出色的灵活性，同时保持坚固性并消除EMC问题。照明解决方案通常在BOM数量有限的小型PCB中使用，因此有必要进行周密的组件布置和布局设计，以满足日益增长的EMC要求。LED驱动器芯片的功能改进也有助于解决此问题。

FrancescEstragués是Monolithic Power Systems的一名应用工程师，Ralf Ohmberger是一名高级应用工程师。

编辑：hfy