【導讀】汽車制造商越來越多地采用LED照明技術替代以前的鹵素燈泡。LED照明系統有各種不同的電源要求，具體取決于燈串上的設備數量、所需電流、調光方式以及其他因素。由于傳統的線性穩壓器不能總是滿足這些需求，電子工程師現在越來越依賴開關模式電源（SMPS）。然而，SMPS會產生電磁干擾（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品中添加一定的功能，最終實現LED驅動器設計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）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計成本，但可以幫助節省過濾組件，而且通常也用于區分設計是否符合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，以提高設計的抗干擾能力。
當LED負載與驅動器板不在PCB的同一面時，較長的負載線（> 10cm）將產生過多的噪聲。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射。
巧妙布局
在規劃好PCB布局之后，就需要考慮DC / DC變換器開關節點的路由。這篇文章將對如何設計DC/DC模塊進行說明。
圖1: 帶遠程負載的LED驅動器輸入濾波器優良設計
汽車照明對安全至關重要，因此保持LED驅動器電路的低EMI和抗干擾性很重要。符合標準的LED設計必須不受干擾地保持一定水平的亮度和穩定性。
大多數LED驅動器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（例如溫度感測或調光）。
將這些走線盡可能布在電路板的內層，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，根據切口尺寸的大小不同會產生高頻噪聲。
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來改善EMC
近年來，半導體制造商已經在考慮如何在提高DC / DC功率和效率的同時改善電路的EMC性能。
擴頻頻率調制技術（FSS）有時也稱為抖動，它可以將基本開關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，變換器可以在AM頻段內切換，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之間的寄生電感實現有效去耦。
MPS的MPQ7200是一款先進的LED驅動器，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具有出廠設置好的FSS調制選項，可改善EMI性能。在降壓模式下，其開關頻率為2.3MHz；在BBI模式下，開關頻率為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-升壓拓撲結構由四個MOSFET開關組成，而且輸出電壓正參考GND。而MPQ7200的BBI拓撲僅包含兩個MOSFET開關，從而降低了成本，減少了開關動作。兩開關BBI效仿了降壓拓撲，將電感的輸出端接地；控制環路將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。擁有可調電流控制環路、溫度感測和數字調光功能，MPQ7200可稱為一款先進的功率LED驅動器。
圖4顯示了MPQ7200如何在汽車應用的典型工作電壓下提供出色的線性調整率。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完全關閉。
圖5: 電源干擾測試
結論
隨著越來越多的LED被用于駕駛員與其車輛之間的通信，LED技術實現了信號和安全方面的創新。現代LED照明設計要在保持穩健性的同時提供更大的靈活性，關鍵就在于LED驅動器的功能改進。照明解決方案不斷向具有更低BOM的更小PCB發展，只有周密的組件布置和布局設計，才能滿足不斷增長的EMC要求。
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