TI的宽输入降压电源之LMR33630-Q1：一级电源的绝佳选择
other parts discussed in post:lmr33630-q1, lm76005
汽车新热点：细数t-box中ti的明星产品（进行中）
interface phy 第一节 dp83tc811s-q1：车载以太网让您的t-box如虎添翼
can 第二节 tcan1042-q1：“硬核”的can收发器
power wide vin buck 第三节 lmr33630-q1：一级电源的绝佳选择
low vin buck 敬请期待！
… …
汽车新热点： t-box系统解决方案深度剖析（已完结）
第一节 电源轨
第二节 充放电管理
第三节 接口
第四节 紧急呼叫单元
第五节 无线连接单元
第三节 lmr33630-q1：一级电源的绝佳选择
在前两节，我们讨论了t-box目前较为流行的接口：phy 和can。后面的环节我会对电源进行介绍，主要分成wide vin buck、low vin buck等几个部分展开。
在本节内容中，我会探讨目前buck面临的挑战之一emi问题以及一些对应的优化方案，此外还将着重介绍汽车应用中（如t-box）的一级电源（主电源）的ti明星产品lmr333630-q1以及与之同样优秀的器件。
buck的emi优化方案
在汽车应用，buck设计中要实现良好的emi性能极具挑战又很昂贵。原因在于高频的buck越来越流行，而emi的标准也越来越严格。开关频率越高，可以减少设计中的电感值从而降低器件成本、也可以减少电源设计的pcb面积和尺寸、同时也可以避开收音机的频段以免引入噪声。尽管使用高频的开关频率优势很多，但也会带来很多的emi问题。通常对大部分的emi标准而言，频段越高，其emi标准也会越严格。如下图1中的cispr-22，高频段显然有更严格的标准。这无疑是个挑战。因为开关频率及其对应的低次谐波都有较高的能量，而跟低频的开关频率的buck相比，这些高频的开关频率及其对应的低次谐波的能量有可能就位于emi要求更严格的频段。幸运的是，新的技术可以帮助buck有效地解决这一挑战。
图- 1 cispr-22 emi标准
ti当前以及下一代buck的方案提供了极具创新的封装技术---hotrod，让你板级的emi优化更加简单。这种hotrod封装有几个关键的特性可以优化emi。
其一：引脚分配的设置。
如图2所示，hotrod封装有两个电源vin引脚和两个接地gnd引脚，分别位于封装的两端。这种引脚分配可以减少vin和gnd回路造成的寄生环路电感。如果在器件的两边都有对称布局的输入电容，等效寄生回路电感则会减半（两个相等的并联电感）。这可以有效地减少高的di/dt 产生的噪声，相当于高频滤波。
此外，该封装在保持较小的相对电流环路面积的同时，还可以再加两个高频输入电容来维持的di/dt波形。由于回路面积与磁场强度成正比，所以可以减小该回路产生的磁场强度。此外，通过采用对称的di/dt输入回路布局，两个对称回路所产生的磁场方向相反，因而可以相互抵消。
图- 2 lmr333630-q1的hotrod封装设计示意图
与此同时，如图3所示， hotrod封装可以很方便地将开关节点的引脚 (pin12) 直接连线到芯片正下方。这可以减少开关节点到boot电容的连线，从而减少了开关节点区域的面积。这样可以降低开关节点的高频谐波对周围的影响。前面提到的点都有助于完成紧凑的pcb布局布线，如图4所示。
图- 3 lmr333630-q1 hotrod封装的布局
图- 4 hotrod 布局说明
其二：采用flipped chip设计
如图5所示，采用flipped chip设计，意味着从die到引脚之间是没有键合线连接的。
图- 5 hotrod的机械示意图
这样可使得由buck内部的串联谐振电路导致的开关节点振铃幅度明显减少，hotrod技术和友商的dfn技术振铃幅度对比如图6所示。这主要通过去除键合线来减少环路中的寄生电感来实现。
图- 6 hotrod封装与dfn封装对比图 （hotrod振铃幅度较小）
除了采用hotrod封装可以有效改善buck的emi性能之外，还可以通过优化emi滤波进行改善。emi滤波器可分成来两类：lc滤波以及rc阻尼网络。
lc滤波
lc滤波可以用于衰减导致emi超标的开关频率及其谐波。选择合适的lc组件可以通过设置角频率来确保基频有足够衰减。二阶的lc滤波可实现-40db/decade的衰减。工程师可以根据在特定频率(f)的噪声情况(dbµv)以及所需的衰减(a)来确定所需的角频率(ƒc)，从而选择合适的lc。
图- 7 lc 滤波的实现示意图
rc阻尼网络
该设计与附加的lc滤波兼容。电路系统可能需要额外的emi余量，尤其是在较低频率。而lc滤波器可以通过rc阻尼电路来减少滤波角频率处的共振引起的低频噪声。如图8所示，阻尼滤波的典型方法是使用电阻-电容(rc)电路，这种电路不会占用过多pcb面积，却可以实现类似于电解电容的电气特性---有效抑制低频噪声。
图- 8 rc阻尼网络的实现示意图
助力于t-box的lmr33630-q1
在t-box等汽车应用中wide vin buck其实是相当于一级电源（主电源）的角色，用于将12v/24v转成5v (3.8v…)。
耐压要求视系统而定。对于12v系统，耐压要求一般为36v；对于24v系统，耐压要求一般为60v。
所需电流大小当然也视系统而定，通常为3-5a。
ti的lmr333630-q1符合汽车应用标准，且简单易用，不仅具有前面提到的可优化emi性能的hotrod封装，还具有以下特点：
既有车规与工规版本，也有2a/3a版本。
宽输入电压范围：3.8v 至 36v (abs. max = 38v) 。
峰值电流模式控制，峰值效率 > 95%，并支持轻载高效。
静态电流小（关断为5ua，工作为25ua）。
开关频率可选：400khz、1.4mhz、2.1mhz。
最短导通时间只有68ns。
lmr333630-q1还有众多与之同样出色的伙伴，由于篇幅问题不一一展开，列举如下表1所示，可根据所需的系统、耐压以及输出电流大小进行快速选型。
输出电流 型号 说明
12v system 2a/3a lmr33620/30-q1 3.8-36vin, sync
4a/6a lm61440/60-q1 3-36vin, sync
5a/6a lm73605/06-q1 3.5-36vin, sync
24v system 2.5a/3.5a/5a lm76002/3/5-q1 3.5-60vin, sync
表- 1 ti wide vin buck对比表
需要注明的一点是，车规级的lmr33620/30-q1, lm76002/3/5-q1, lmr14020/30/50-q1都是属于ti的通用器件 (standard product)，其性价比以及交期都是相当不错。更多wide vin buck的ti通用器件见下表2。
buck type iout ≤ 1a iout ≤ 2a iout ≤ 3a iout ≥ 4a
vin ≤ 60v sync lmr36006 lmr36015 lm76003 lm76005
non-sync lmr16010 lmr16020 lmr16030 tps54560b
vin ≤ 42v sync tps560430 (0.6a)
lmr33610(1a) lmr33620 lmr33630 lmr33640
non-sync lmr14006 lmr14020 lmr14030 lmr14050
表- 2 汽车级通用宽压电源
综上所述，ti的lmr33630-q1及其同样出色的一系列产品可满足汽车应用如t-box中低电磁干扰的、高耐压、轻载高效、低成本、高性价比等众多要求，无疑是一级电源的绝佳选择！
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在前两节，我们讨论了t-box目前较为流行的接口：phy 和can。后面的环节我会对电源进行介绍，主要分成wide vin buck、low vin buck等几个部分展开。
在本节内容中，我会探讨目前buck面临的挑战之一emi问题以及一些对应的优化方案，此外还将着重介绍汽车应用中（如t-box）的一级电源（主电源）的ti明星产品lmr333630-q1以及与之同样优秀的器件。
buck的emi优化方案
在汽车应用，buck设计中要实现良好的emi性能极具挑战又很昂贵。原因在于高频的buck越来越流行，而emi的标准也越来越严格。开关频率越高，可以减少设计中的电感值从而降低器件成本、也可以减少电源设计的pcb面积和尺寸、同时也可以避开收音机的频段以免引入噪声。尽管使用高频的开关频率优势很多，但也会带来很多的emi问题。通常对大部分的emi标准而言，频段越高，其emi标准也会越严格。如下图1中的cispr-22，高频段显然有更严格的标准。这无疑是个挑战。因为开关频率及其对应的低次谐波都有较高的能量，而跟低频的开关频率的buck相比，这些高频的开关频率及其对应的低次谐波的能量有可能就位于emi要求更严格的频段。幸运的是，新的技术可以帮助buck有效地解决这一挑战。
图- 1 cispr-22 emi标准
ti当前以及下一代buck的方案提供了极具创新的封装技术---hotrod，让你板级的emi优化更加简单。这种hotrod封装有几个关键的特性可以优化emi。
其一：引脚分配的设置。
如图2所示，hotrod封装有两个电源vin引脚和两个接地gnd引脚，分别位于封装的两端。这种引脚分配可以减少vin和gnd回路造成的寄生环路电感。如果在器件的两边都有对称布局的输入电容，等效寄生回路电感则会减半（两个相等的并联电感）。这可以有效地减少高的di/dt 产生的噪声，相当于高频滤波。
此外，该封装在保持较小的相对电流环路面积的同时，还可以再加两个高频输入电容来维持的di/dt波形。由于回路面积与磁场强度成正比，所以可以减小该回路产生的磁场强度。此外，通过采用对称的di/dt输入回路布局，两个对称回路所产生的磁场方向相反，因而可以相互抵消。
图- 2 lmr333630-q1的hotrod封装设计示意图
与此同时，如图3所示， hotrod封装可以很方便地将开关节点的引脚 (pin12) 直接连线到芯片正下方。这可以减少开关节点到boot电容的连线，从而减少了开关节点区域的面积。这样可以降低开关节点的高频谐波对周围的影响。前面提到的点都有助于完成紧凑的pcb布局布线，如图4所示。
图- 3 lmr333630-q1 hotrod封装的布局
图- 4 hotrod 布局说明
其二：采用flipped chip设计
如图5所示，采用flipped chip设计，意味着从die到引脚之间是没有键合线连接的。
图- 5 hotrod的机械示意图
这样可使得由buck内部的串联谐振电路导致的开关节点振铃幅度明显减少，hotrod技术和友商的dfn技术振铃幅度对比如图6所示。这主要通过去除键合线来减少环路中的寄生电感来实现。
图- 6 hotrod封装与dfn封装对比图 （hotrod振铃幅度较小）
除了采用hotrod封装可以有效改善buck的emi性能之外，还可以通过优化emi滤波进行改善。emi滤波器可分成来两类：lc滤波以及rc阻尼网络。
lc滤波
lc滤波可以用于衰减导致emi超标的开关频率及其谐波。选择合适的lc组件可以通过设置角频率来确保基频有足够衰减。二阶的lc滤波可实现-40db/decade的衰减。工程师可以根据在特定频率(f)的噪声情况(dbµv)以及所需的衰减(a)来确定所需的角频率(ƒc)，从而选择合适的lc。
图- 7 lc 滤波的实现示意图
rc阻尼网络
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图- 8 rc阻尼网络的实现示意图
助力于t-box的lmr33630-q1
在t-box等汽车应用中wide vin buck其实是相当于一级电源（主电源）的角色，用于将12v/24v转成5v (3.8v…)。
耐压要求视系统而定。对于12v系统，耐压要求一般为36v；对于24v系统，耐压要求一般为60v。
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既有车规与工规版本，也有2a/3a版本。
宽输入电压范围：3.8v 至 36v (abs. max = 38v) 。
峰值电流模式控制，峰值效率 > 95%，并支持轻载高效。
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4a/6a lm61440/60-q1 3-36vin, sync
5a/6a lm73605/06-q1 3.5-36vin, sync
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buck type iout ≤ 1a iout ≤ 2a iout ≤ 3a iout ≥ 4a
vin ≤ 60v sync lmr36006 lmr36015 lm76003 lm76005
non-sync lmr16010 lmr16020 lmr16030 tps54560b
vin ≤ 42v sync tps560430 (0.6a)
lmr33610(1a) lmr33620 lmr33630 lmr33640
non-sync lmr14006 lmr14020 lmr14030 lmr14050
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