【導(dǎo)讀】汽車制造商越來(lái)越多地采用LED照明技術(shù)替代以前的鹵素?zé)襞?。LED照明系統(tǒng)有各種不同的電源要求，具體取決于燈串上的設(shè)備數(shù)量、所需電流、調(diào)光方式以及其他因素。由于傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器不能總是滿足這些需求，電子工程師現(xiàn)在越來(lái)越依賴開(kāi)關(guān)模式電源（SMPS）。然而，SMPS會(huì)產(chǎn)生電磁干擾（EMI）。
本文介紹的方法，將通過(guò)組件放置和布局以及半導(dǎo)體制造商在其產(chǎn)品中添加一定的功能，最終實(shí)現(xiàn)LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)EMC性能的有效改善。
PCB布局
工程師的PCB布局工作必須圍繞機(jī)械尺寸和限制（例如連接器的位置和禁區(qū)）來(lái)進(jìn)行。
如果一個(gè)PCB允許雙面組裝，則確保良好EMC性能的有效方法是讓DC / DC變換器遠(yuǎn)離連接器，且放置在PCB的另一面。這樣可以最大程度地避免噪聲耦合到線束中，從而消除了輸入濾波器的影響。輸入濾波器模塊應(yīng)放置在靠近連接器且遠(yuǎn)離DC / DC的位置，以免將噪聲引入濾波器電感。
如果無(wú)法做到這一點(diǎn)，則應(yīng)采用局部屏蔽罩，遮蔽DC / DC變換器模塊（包括變換器IC、電感和輸入電容）。添加屏蔽罩會(huì)增加設(shè)計(jì)成本，但可以幫助節(jié)省過(guò)濾組件，而且通常也用于區(qū)分設(shè)計(jì)是否符合EMC標(biāo)準(zhǔn)。
如果LED照明解決方案需要金屬散熱片來(lái)散熱，則可以將其用作屏蔽罩。此時(shí)有兩種可能的場(chǎng)景：
?散熱片具有多個(gè)良好的GND連接點(diǎn)，可以減少輻射并保護(hù)器件免受干擾。
?散熱片與GND之間連接不良（例如僅有一個(gè)接觸點(diǎn)），所以屏蔽效果較差，甚至可能充當(dāng)貼片天線。在這種情況下，可以在散熱片和GND之間的連接點(diǎn)處添加一個(gè)鐵氧體磁珠，以提高設(shè)計(jì)的抗干擾能力。
當(dāng)LED負(fù)載與驅(qū)動(dòng)器板不在PCB的同一面時(shí)，較長(zhǎng)的負(fù)載線（> 10cm）將產(chǎn)生過(guò)多的噪聲。為了緩解這種狀況，可以在輸入端使用共模扼流圈。但更簡(jiǎn)單的解決方案是在VIN線纜連接和GND線纜連接處放置兩個(gè)鐵氧體磁珠（見(jiàn)圖1）。當(dāng)傳導(dǎo)發(fā)射頻率在50MHz至108MHz之間時(shí)，在兩根負(fù)載線纜上都添加輸出濾波將有助于降低輻射發(fā)射。
巧妙布局
在規(guī)劃好PCB布局之后，就需要考慮DC / DC變換器開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的路由。這篇文章將對(duì)如何設(shè)計(jì)DC/DC模塊進(jìn)行說(shuō)明。
圖1: 帶遠(yuǎn)程負(fù)載的LED驅(qū)動(dòng)器輸入濾波器優(yōu)良設(shè)計(jì)
汽車照明對(duì)安全至關(guān)重要，因此保持LED驅(qū)動(dòng)器電路的低EMI和抗干擾性很重要。符合標(biāo)準(zhǔn)的LED設(shè)計(jì)必須不受干擾地保持一定水平的亮度和穩(wěn)定性。
大多數(shù)LED驅(qū)動(dòng)器IC都采用恒流方法，而且還可能用到電流采樣電阻。還有一些先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)器有多條進(jìn)入IC的走線，這些走線可能吸收噪聲并影響性能（例如溫度感測(cè)或調(diào)光）。
將這些走線盡可能布在電路板的內(nèi)層，并在外層用銅材料屏蔽。如果采用2層PCB板，可以在頂層和底層之間短距離交替走線。這種方法減少了每條走線的長(zhǎng)度，使電路板不受高頻干擾的影響，也避免了在兩層板上都對(duì)GND平面做長(zhǎng)切口。參考GND平面上的切口會(huì)增加阻抗，根據(jù)切口尺寸的大小不同會(huì)產(chǎn)生高頻噪聲。
圖2: 2層板上的長(zhǎng)距離布線
在小型電路板上，組件之間距離更近，走線更多，因而通常利用通孔進(jìn)行走線（見(jiàn)圖3）。此時(shí)需要確保通孔之間有足夠的空間可以放置GND銅層，同時(shí)避免大的切口。許多板布局都存在這個(gè)錯(cuò)誤，當(dāng)大切口靠近DC / DC模塊時(shí)尤其危險(xiǎn)。
半導(dǎo)體制造商通過(guò)改進(jìn)技術(shù)來(lái)改善EMC
近年來(lái)，半導(dǎo)體制造商已經(jīng)在考慮如何在提高DC / DC功率和效率的同時(shí)改善電路的EMC性能。
擴(kuò)頻頻率調(diào)制技術(shù)（FSS）有時(shí)也稱為抖動(dòng)，它可以將基本開(kāi)關(guān)頻率的能量擴(kuò)展到具有較低峰值的較寬頻帶上。 采用這種技術(shù)，變換器可以在AM頻段內(nèi)切換，同時(shí)通過(guò)EMC測(cè)試。當(dāng)變換器在AM頻段以上切換時(shí)，還可以降低FM頻段中輻射的噪聲。
改善變換器EMI的另一種方法是在封裝內(nèi)添加一個(gè)去耦電容器。這樣不僅可以降低BOM成本，同時(shí)可以通過(guò)最小化電容器和開(kāi)關(guān)之間的寄生電感實(shí)現(xiàn)有效去耦。
MPS的MPQ7200是一款先進(jìn)的LED驅(qū)動(dòng)器，它可以用作降壓變換器或降壓-升壓逆變器（BBI）。該器件符合AEC-Q100認(rèn)證，在降壓模式下工作可提供3A電流，在BBI模式下工作時(shí)可在高達(dá)42V的電壓下提供1.2A電流。
圖3: 通過(guò)通孔連接不同板層
MPQ7200具有出廠設(shè)置好的FSS調(diào)制選項(xiàng)，可改善EMI性能。在降壓模式下，其開(kāi)關(guān)頻率為2.3MHz；在BBI模式下，開(kāi)關(guān)頻率為1MHz。該器件采用了一種低損耗電流采樣方法，因此無(wú)需外部電流采樣電阻。
典型的降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由四個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)組成，而且輸出電壓正參考GND。而MPQ7200的BBI拓?fù)鋬H包含兩個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)，從而降低了成本，減少了開(kāi)關(guān)動(dòng)作。兩開(kāi)關(guān)BBI效仿了降壓拓?fù)洌瑢㈦姼械妮敵龆私拥?；控制環(huán)路將MPQ7200的電源參考切換至負(fù)輸出電壓；功率LED可以連接在GND和負(fù)輸出電壓之間。擁有可調(diào)電流控制環(huán)路、溫度感測(cè)和數(shù)字調(diào)光功能，MPQ7200可稱為一款先進(jìn)的功率LED驅(qū)動(dòng)器。
圖4顯示了MPQ7200如何在汽車應(yīng)用的典型工作電壓下提供出色的線性調(diào)整率。當(dāng)輸入電壓在15V至10V之間變化時(shí)，其輸出電壓和電流始終保持恒定。
圖4: MPQ7200的啟動(dòng)波形
另一個(gè)有趣的測(cè)試是輸入電壓的中斷如何影響光束質(zhì)量。輸入電壓中斷序列為：14VDC至9.5V，至8.5V，至7.5V，至6.5V，至5.5V和至4.5V。 低壓谷時(shí)間從200ms上升到900ms。在低輸入電壓下，可見(jiàn)光強(qiáng)度幾乎保持恒定；但在4.5V脈沖下，LED完全關(guān)閉。
圖5: 電源干擾測(cè)試
結(jié)論
隨著越來(lái)越多的LED被用于駕駛員與其車輛之間的通信，LED技術(shù)實(shí)現(xiàn)了信號(hào)和安全方面的創(chuàng)新。現(xiàn)代LED照明設(shè)計(jì)要在保持穩(wěn)健性的同時(shí)提供更大的靈活性，關(guān)鍵就在于LED驅(qū)動(dòng)器的功能改進(jìn)。照明解決方案不斷向具有更低BOM的更小PCB發(fā)展，只有周密的組件布置和布局設(shè)計(jì)，才能滿足不斷增長(zhǎng)的EMC要求。
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