引言

圖騰柱、功率和場效應晶體管 (FET) 上的降壓轉換器脈沖，用于生成脈寬調制 (PWM) 信號（圖 1-1）。PWM 信號經過濾波后產生輸出電壓 (V_OUT)。輸入電容 (C_IN) 支持高側 FET 導通時間 D 期間所需的交流電流。這些交流波形為通過噪聲合規標準（例如 CISPR 25 5 類）造成了障礙。

圖 1 降壓轉換器原理圖和波形

降壓轉換噪聲問題

在高環境溫度條件下以低功耗實現降壓轉換器運行。快速開關可將 FET 功耗降至最低。由于快速開關，輸入電流具有高能量諧波。因此，當需要滿足更嚴格的噪聲標準時，2.2MHz 運行往往具有挑戰性。

FET 快速導通和關斷會導致開關波形中出現電感振鈴（圖1-2）。根據轉換器數據表，輸入電容器必須靠近 V_IN 和 GND 引腳。這可確保輸入環路電感足夠低，以減少電感振鈴振幅。

圖 1-2 展示了開關節點振鈴。與疊加的紫色跡線相比，參考跡線（灰色）對應的輸入電容器距離器件的 V_IN 引腳更近，兩者相差 70mil。這導致振鈴振幅增加約
3Vp-p，進而影響通常包括該頻率范圍的輻射噪聲。

圖 2 不同電容器放置情況下的開關節點振鈴

電容器集成可降低噪聲

LMQ66430-Q1 進一步降低了噪聲。該器件直接在完全封裝的器件引線框上實現集成的 (V_IN) 電容器。這減少了輸入環路電感和面積。環路電感和面積減小會影響磁耦合寬帶（諧波）噪聲。由于它們成正比，因此噪聲生成減少。LMR66430-Q1 是 LMQ66430-Q1 的非集成電容器版本。圖 1-3 突出顯示了在 30MHz 至 108MHz 的范圍內進行掃描時傳導噪聲的差異。此外，圖 1-4、圖 1-5 和圖 1-6 展示了輻射噪聲的差異。這些掃描均以相同的電源條件和設置在相同的 PCB 上進行。

圖 3 CISPR 25 5 類傳導噪聲掃描（30MHz 至 108MHz）

圖 4 CISPR 25 5 類輻射噪聲掃描（桿狀天線：150kHz 至 28MHz）

圖 5 CISPR 25 5 類輻射噪聲掃描（雙錐天線：30MHz 至 230MHz）

圖 6 CISPR 25 5 類輻射噪聲掃描（對數周期天線：300MHz 至 960MHz）

可提高汽車類應用可靠性的輸入電容器設計

輸入電容器通常是多層陶瓷片式電容器 (MLCC)。隨著時間的推移，這些電容器可能會因沖擊（即振動、溫度或機械沖擊）而發生故障。標準 MLCC 往往會發生短路故障，從而可能導致系統過熱。

LMQ66430-Q1 集成了 MLCC 輸入電容器，這會給設計人員帶來相同的問題。該器件采用 0201、AEC-Q200 集成電容器。引腳 3 和引腳 6 之間串聯放置兩個 V_IN 電容器（圖 1-7）。兩個電容器串聯可以降低發生接地短路故障的風險，因為那需要兩個電容器同時發生故障。此外，將電容器排列成 L 形可以降低整體應力。由于施加到相同軸上時應力最大，因此這樣可以在器件的整個使用壽命內減少應力。最后，集成式 0201 電容器是軟端接型電容器。軟端接型 MLCC 不易破裂。LMQ64430-Q1 電容器集成技術帶來了相當不錯的溫度循環報告，如表 1 所示。

圖 7 LMQ66430-Q1 電容器集成

結語

在汽車應用設計中，噪聲要求變得越來越重要。電容器集成技術通過減少環路電感和面積來降低噪聲，對實現低噪聲非常重要。這為達到 CISPR 25 5 類標準提供了簡單的布局和設計。汽車安全也是設計人員關注的一個問題。輸入電容器導致電池端子短接在一起可能會導致過熱情況。設計人員正在考慮電容器的選擇、放置和串聯使用，以降低出現過熱情況的概率。對于低噪聲安全關鍵型設計，可以考慮使用 LMQ66430-Q1 或 LMR66430-Q1，因為這些器件旨在幫助設計人員更輕松地滿足這些典型的汽車降壓要求。

參考文獻

1. 德州儀器 (TI)，LMQ664x0-Q1 具有集成 VIN 旁路和 CBOOT 電容器的 36V、1A/2A/3A 超小型同步汽車降壓轉換器數據表
2. 德州儀器 (TI)，LMR664x0-Q1 36V、1A/2A/3A 超小型同步汽車類降壓轉換器數據表
3. 德州儀器 (TI)，LMQ66430-Q1 降壓控制器評估模塊用戶指南
4. 德州儀器 (TI)，LMR66430-Q1 評估模塊用戶指南
5. 德州儀器 (TI)，通過更大程度降低電感寄生來降低降壓轉換器 EMI 和電壓應力 模擬應用期刊