【導讀】汽車制造商越來越多地采用LED照明技術(shù)替代以前的鹵素燈泡。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)在越來越依賴開關(guān)模式電源（SMPS）。然而，SMPS會產(chǎn)生電磁干擾（EMI）。
本文介紹的方法，將通過組件放置和布局以及半導體制造商在其產(chǎn)品中添加一定的功能，最終實現(xiàn)LED驅(qū)動器設(shè)計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械尺寸和限制（例如連接器的位置和禁區(qū)）來進行。
如果一個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離DC / DC的位置，以免將噪聲引入濾波器電感。
如果無法做到這一點，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）。添加屏蔽罩會增加設(shè)計成本，但可以幫助節(jié)省過濾組件，而且通常也用于區(qū)分設(shè)計是否符合EMC標準。
如果LED照明解決方案需要金屬散熱片來散熱，則可以將其用作屏蔽罩。此時有兩種可能的場景：
?散熱片具有多個良好的GND連接點，可以減少輻射并保護器件免受干擾。
?散熱片與GND之間連接不良（例如僅有一個接觸點），所以屏蔽效果較差，甚至可能充當貼片天線。在這種情況下，可以在散熱片和GND之間的連接點處添加一個鐵氧體磁珠，以提高設(shè)計的抗干擾能力。
當LED負載與驅(qū)動器板不在PCB的同一面時，較長的負載線（> 10cm）將產(chǎn)生過多的噪聲。為了緩解這種狀況，可以在輸入端使用共模扼流圈。但更簡單的解決方案是在VIN線纜連接和GND線纜連接處放置兩個鐵氧體磁珠（見圖1）。當傳導發(fā)射頻率在50MHz至108MHz之間時，在兩根負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變換器開關(guān)節(jié)點的路由。這篇文章將對如何設(shè)計DC/DC模塊進行說明。
圖1: 帶遠程負載的LED驅(qū)動器輸入濾波器優(yōu)良設(shè)計
汽車照明對安全至關(guān)重要，因此保持LED驅(qū)動器電路的低EMI和抗干擾性很重要。符合標準的LED設(shè)計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。還有一些先進的驅(qū)動器有多條進入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GND平面做長切口。參考GND平面上的切口會增加阻抗，根據(jù)切口尺寸的大小不同會產(chǎn)生高頻噪聲。
圖2: 2層板上的長距離布線
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行走線（見圖3）。此時需要確保通孔之間有足夠的空間可以放置GND銅層，同時避免大的切口。許多板布局都存在這個錯誤，當大切口靠近DC / DC模塊時尤其危險。
半導體制造商通過改進技術(shù)來改善EMC
近年來，半導體制造商已經(jīng)在考慮如何在提高DC / DC功率和效率的同時改善電路的EMC性能。
擴頻頻率調(diào)制技術(shù)（FSS）有時也稱為抖動，它可以將基本開關(guān)頻率的能量擴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，同時通過EMC測試。當變換器在AM頻段以上切換時，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)添加一個去耦電容器。這樣不僅可以降低BOM成本，同時可以通過最小化電容器和開關(guān)之間的寄生電感實現(xiàn)有效去耦。
MPS的MPQ7200是一款先進的LED驅(qū)動器，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認證，在降壓模式下工作可提供3A電流，在BBI模式下工作時可在高達42V的電壓下提供1.2A電流。
圖3: 通過通孔連接不同板層
MPQ7200具有出廠設(shè)置好的FSS調(diào)制選項，可改善EMI性能。在降壓模式下，其開關(guān)頻率為2.3MHz；在BBI模式下，開關(guān)頻率為1MHz。該器件采用了一種低損耗電流采樣方法，因此無需外部電流采樣電阻。
典型的降壓-升壓拓撲結(jié)構(gòu)由四個MOSFET開關(guān)組成，而且輸出電壓正參考GND。而MPQ7200的BBI拓撲僅包含兩個MOSFET開關(guān)，從而降低了成本，減少了開關(guān)動作。兩開關(guān)BBI效仿了降壓拓撲，將電感的輸出端接地；控制環(huán)路將MPQ7200的電源參考切換至負輸出電壓；功率LED可以連接在GND和負輸出電壓之間。擁有可調(diào)電流控制環(huán)路、溫度感測和數(shù)字調(diào)光功能，MPQ7200可稱為一款先進的功率LED驅(qū)動器。
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。當輸入電壓在15V至10V之間變化時，其輸出電壓和電流始終保持恒定。
圖4: MPQ7200的啟動波形
另一個有趣的測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。 低壓谷時間從200ms上升到900ms。在低輸入電壓下，可見光強度幾乎保持恒定；但在4.5V脈沖下，LED完全關(guān)閉。
圖5: 電源干擾測試
結(jié)論
隨著越來越多的LED被用于駕駛員與其車輛之間的通信，LED技術(shù)實現(xiàn)了信號和安全方面的創(chuàng)新?，F(xiàn)代LED照明設(shè)計要在保持穩(wěn)健性的同時提供更大的靈活性，關(guān)鍵就在于LED驅(qū)動器的功能改進。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，才能滿足不斷增長的EMC要求。
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