ST车载功率器件的EMI抑制：兼顾合规、安全和性能的设计方案

电磁兼容性是指器件、设备或系统在电磁环境中按设计预期正常工作，且不出现性能下降和故障的能力。在汽车设计方面，电磁干扰（EMI）是亟待解决的重大难题。随着汽车电动化、网联化以及控制软件化不断提高，电磁干扰抑制在现代车载功率电子系统中尤为关键。车载功率电子系统要求元器件不仅具备高能效和保护功能，还必须拥有优异的抗电磁干扰性能，能够在电磁干扰环境中正常稳定运行。在设计中需注意控制传导发射与辐射发射两类电磁干扰，同时不能损害开关性能、诊断准确度和功能安全性。

本文探讨了 车载功率器件 的主要电磁干扰来源，并提出兼顾合规性与系统稳健性的 EMC 设计方案，重点讨论了智能功率开关与智能电子熔断器，因为这类器件功能集成度高，对电磁扰动尤为敏感。本文以集成熔断保护功能且支持软件配置的四通道高边驱动器STi2Fuse VNF9Q20SF为例，介绍如何抑制电磁干扰，同时保障安全功能和诊断质量。电压法传导发射实验结果与CISPR 25第5类限值对比证明，该器件满足车载电磁兼容标准的严格要求。

设计合理的集成电路搭配架构合理的系统，很少出现严重的电磁兼容性问题。反之，若系统所用集成电路设计存在缺陷，想要使其满足基础电磁兼容要求，往往难度很大，耗力耗时，代价很大。抑制电磁干扰已成为现代电子设计的基本要求，在汽车电子系统中更是重中之重。随着汽车电动化、网联化以及控制软件化不断提高，电磁干扰抑制在现代车载功率电子系统中尤为关键，这类系统要求电子元器件不仅具备高能效和保护功能，还必须在电磁干扰愈发复杂的环境中稳定运行。在此背景下，电磁干扰控制不再只是单纯的合规问题，更是保障产品的可靠性、安全性、稳健性与长期品质的关键。

汽车系统设计人员面临的挑战十分明确：确保系统严格满足EMI发射限值的要求，同时不破坏开关准确度、诊断数据完整性和功能安全性。随着配电架构日趋智能化和分布化，整车系统变得日益复杂，这种全面兼顾的产品设计也变得愈发关键。单片集成保护和监控功能的智能电子熔断器和智能功率开关，在这一配电架构转型中扮演着一个重要角色，也正因整合了这些特性，抗电磁干扰能力必须在研发初期就纳入考量范围。

电磁兼容问题通常可分为芯片内部干扰与外部耦合干扰两类：

· 片内电磁兼容问题是芯片内部某一电路产生的信号或噪声干扰同一芯片内其他电路的正常工。

· 外部耦合型电磁兼容问题是芯片产生的信号或噪声干扰芯片外部电路和器件的正常工作；反之亦然。

因此，电磁干扰源分为器件内部与外部两类。内部干扰源包括开关电压瞬变、寄生电感和寄生电容。这类现象是功率开关管高速开关操作的固有特性，在电压和电流突变时，这些现象尤为显著。外部干扰源则有射频耦合噪声、电源线路传导噪声，以及周边电子设备和线束产生的电磁扰动。

这两类干扰机制会产生低频、高频发射电磁波。低频噪声通常与输出级开关操作相关，而高频噪声多源自芯片内部时钟及时序电路。由于最终的噪声频谱可能与敏感的车载子系统的工作频段重合，因此，电磁干扰抑制必须视为系统级问题，而非只是一个芯片的问题，也就是说，电磁干扰抑制需从系统层面统筹设计，而非只是优化芯片电磁兼容性的问题。

EMI的危害远不止于电磁干扰发射测试不达标，还会降低开关准确度和诊断测量准确度，影响设备长期运行稳健性。在安全相关应用场景中，干扰还可能影响保护功能与备用工作模式的可靠性。因此，应在研发初期就开始电磁干扰协同设计，而非等到样机验证阶段后再行补救。根据电磁兼容技术规范，必须在多控制器、线束、负载、传感器及通信线路共存的情况下进行 EMC 测试，同时各项性能必须符合设计要求。

第一版CISPR 25电磁干扰杂散发射标准于2002年发布，规定了电子系统级测试装置要求。具体而言，这类标准为评测传导发射与辐射发射提供了一个结构化框架，方便工程师验证硬件设备不会对车载其他电子装置造成干扰（见图1）。

主题：电磁干扰|网联化以及控制软件化