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未解决

求助:280W APFC+LLC电源传导裕量不足,辐射严重超标

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1
xiezran
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LV4
初级工程师
  • 2019-4-16 16:04:57
10问答币
各位,本人设计的一款280W的电源,2插全电压输入,输出DC24V/11A,DC5V/3A(PCB上预留了接PE的Y电容,但PE未焊线),拓扑结构为APFC+LLCEMC测试时,发现传导仅4dB裕量,辐射严重超标,各种整改,无进展。求助各位,有无解决思路的建议。非常感谢!
1. 传导
1.pnp

2. 辐射


3. 原理图

4. PCBLAYOUT

5. 滤波器及主要磁元件参数


6. 已尝试过的传导整改方案
a  增大X电容   无改善;
b  增大差模电感  无改善;
C 将差模电感改至整流桥前,加π型滤波,无改善;
d  增大共模电感无改善;
e  一次侧与二次间的Y电容改为一次侧HV+与二次侧V+,0.15-5m超标5dB
f 一次侧HV+与二次侧V+,一次侧大电解地与二次侧GND分别接Y,无改善;
g HV+与GND接Y ,1M以下,20m超标5dB;
排除5V反激回路,因有断开5V反激回路的一次侧,对EMC结果无影响;使用电阻负载接在APFC大电解后,断开LLC回路,传导裕量很大,故,基本可以断定是LLC回路引起。LLC主变压器原为三明治绕法,需要将跨接的Y电容接在HV+与GND之间,裕量4dB,改为顺序绕法后,即现在的PCBLAYOUT,Y电容是接在一次侧大电解与GND之间,裕量也为4dB。
----------------
7. 传导测试整改后续进展
今日整改结果如下,在输入侧PCBA外接了一级π型的CM滤波器,总体9个dB以上。下步整改方向准备将UCC 4mH的共模改为非晶材料,增加感量,看能否在不改变PCBA结构的情况下,优化传导结果。当然,最终的原因其实仍未找到,辐射结果亦忧心忡忡。


8. 7月初对传导和辐射重测
反激变压器外包屏蔽接地。更改了输入端的CM感量至30uH,导磁率1000。增加4mH CM至9mH。CE 通过。


初始状态,超标很多。
功率管套磁珠,80M以上有改善。
功率管套磁珠,输出线束套磁环,3T。仍超标。
功率管套磁珠,输出串69uH ,导磁率1000,CM,仍超标。

另,试过在大电解并瓷片电容,输出端接BDL,高频电容,Y电容引脚套磁珠,均无改善。


9. 发射源查找

通过频谱仪和自制近场探头,发现应该区域的铜箔走线对应30M-80M的频谱,且幅值最大。高频环路电流引起?在大电解处并高频电容333,无改善。PFC MOS 加Cds 101 改善不明显。
通过比对,得出初步结论如下:
1. 30-80M,上图铜箔区域,幅值最大;
2. PFC 环路,30-80M,幅值次之;
3. LLC环路,50-200M,幅值次次之;
4. 输入侧整流桥前,输出侧,整流后,幅值几无。


ZWC317441532
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LV10
总工程师
  • 2019-4-16 16:43:58
 
关健是方法问题,要知道目前是那部分电路引起超标的,可以用一些探测手段去检查.再在这些部位加一些高频用电容,将高频短路或是接地屏蔽.
xiezran
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LV4
初级工程师
  • 2019-4-16 17:02:39
 
有尝试将5V反激回路断开,APFC后的LLC回路断开,接电阻负载,传导裕量是很大的,基本断定是LLC回路引起。
有尝试自制近场探头,用频谱仪扫频,LLC 肖特基RC回路,及桥,射频在55~62Mhz段。
但,未有清晰的解决思路,望指点。非常感谢!

ZWC317441532
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LV10
总工程师
  • 2019-4-17 15:28:35
 
这句话是什么意思? "LLC主变压器原为三明治绕法,需要将跨接的Y电容接在HV+与GND之间,裕量4dB,改为顺序绕法后,即现在的PCBLAYOUT,Y电容是接在一次侧大电解与GND之间,裕量也为4dB。"
xiezran
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LV4
初级工程师
  • 2019-4-17 16:29:18
 
你好,
LLC变压器共有两个版本,原版本是三明治绕法,绕组顺序为1/2 NS--NP1//NP2并绕--1/2 NS--AUX。Y电容是接在一次侧大电容+和二次侧变压器绕组中线,裕量4dB,调整Y电容接地方式,0.2M-2MHZ会超很多。现在讲LLC变压器改为了顺序绕法如下图,但需要将Y电容接在一次侧大电容地和二次侧变压器绕组中线,裕量也是只有4dB,调整Y电容接地方式,0.2M-2MHZ会超很多。
1.JPG

多谢指导。非常感谢!
ZWC317441532
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LV10
总工程师
  • 2019-4-17 16:44:17
 
那你这样不是变成了传导不过了吗?
xiezran
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LV4
初级工程师
  • 2019-4-18 08:08:15
 
现在的样板,时更改变压器绕法后的版本,传导4dB裕量,太小了,需要优化。辐射严重超标。
nc965
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  • 2019-4-16 16:54:03
 
你先做两个事(如果方便的话):
1、仪器背景噪音的频谱
2、拿掉(或短接)所有EMC元件的频谱(此过程可看出各个措施的影响程度)
xiezran
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初级工程师
  • 2019-4-16 23:00:04
 
李工:感谢你的指导。
1. 仪器背景噪声频谱
辐射暗房背景噪声?这个还真没留意。按说广东质检院的场地应该可以信赖吧。
2. 拿掉(或短接)所有EMC元件的频谱
这个还没有去测试,当时辐射整改,方向放在一次侧QR 型PFC mosfet的di/dt,二次侧的肖特基寄生电容震荡,及一次侧和二次侧共模信号短路点上了。当然,基本失败,未有明显抑制。


nc965
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  • 2019-4-17 07:41:03
 
自己没有哪怕是简易设备就不好整这些事了。
板子看了一下,感觉有些问题 ,你参考:
1、整体布局上,桥前电路与输出呈U形并排,特别是金属机壳、散热器的接地,远地耦合于传导和辐射不利应是主要原因。其中:
2、5V3A反激不知何用,直接跨接原边副边,其变压器的屏蔽接地是否充分?电场磁场恐有不利耦合,考虑电池供电临时排除。
3、桥前部分考虑反时针旋转90度布局,输出端远离输出,或板外临时搭线连接排除之。
4、LLC变压器未见结构,磁芯是否接地?绕组结构有否EMC考虑?
5、各单元未见典型波形,不利谐波是否丰富?必要的缓冲吸收是否有效。必要时可停运前级PFC排除。
6、在板上下列位置使用优质电容(1uF)最大限度缩小脉冲电流回路排除:
手机上图
Screenshot_20190417_084654.jpg

xiezran
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初级工程师
  • 2019-4-17 12:17:07
 
李工:
1、整体布局上,桥前电路与输出呈U形并排,特别是金属机壳、散热器的接地,远地耦合于传导和辐射不利应是主要原因。其中:
U型布局,确实为不得已为之,空间受限。此电源为塑料外壳,2线市电输入,无PE。一次侧的散热器均就近接入大电解地。二次侧散热器也是就近接变压器二次侧绕组中线。曾将LAYOUT图的右上方的肖特基散热片掰直,让其远离一次侧的滤波器回路,但对传导特性无影响。
2、5V3A反激不知何用,直接跨接原边副边,其变压器的屏蔽接地是否充分?电场磁场恐有不利耦合,考虑电池供电临时排除。
24V回路设计了待机使能,5V回路与24V回路隔离,独立工作,与24V回路仅单点共地。曾将5V反激回路HV侧断开,传导特性无明显变化。
3、桥前部分考虑反时针旋转90度布局,输出端远离输出,或板外临时搭线连接排除之。
曾将APFC大电解后的回路断开,直接使用电阻负载,传导裕量整体充分。视乎可以间接证明APFC至AC侧的滤波回路无串扰问题
4、LLC变压器未见结构,磁芯是否接地?绕组结构有否EMC考虑?
LLC变压器顺序绕法,原方--内屏蔽铜箔--副方并绕--Vcc疏绕,沿磁芯方向外屏蔽层接一次侧地,内屏蔽层接一次侧地。
5、各单元未见典型波形,不利谐波是否丰富?必要的缓冲吸收是否有效。必要时可停运前级PFC排除。
APFC为QR工作模式,无环路震荡造成的脉冲束问题,LLC回路谐振电感电流波形接近于完美的正弦波。谐振频率100Khz左右。肖特基回路反向恢复电压峰值约7V,震荡周期62Mhz,周期数5左右。
6、在板上下列位置使用优质电容(1uF)最大限度缩小脉冲电流回路排除:
曾在大电解上并联103瓷片,传导无改善。李工所建议的几处位置,我下次去测试时,我去尝试下。


非常感谢李工的耐心解答和热心帮助。诚挚感谢。
另,咨询李工,传导测试时,0.8m输入线缆是最劣的测试状态,也是测试要求的状态。但如果产品的输入线缆过短,而在测试时使用排插延长,排插线缆的长度或者排插线缆与地平面接触是否会放大共模传导路径?
nc965
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  • 2019-4-17 13:12:53
 
1、变压器EMC隔离屏蔽做法不对,应针对副边绕组来做屏蔽,原边与副边绕组之间应该插入一个原边的接地结构(比如是多股并列密绕的辅助绕组,或者铜箔)。
2、副边有14V毛刺显然就是对应的EMC频谱发飙的原因,必须得到抑制。其中最重要的措施是双线并绕来实现(两个副边之间的)最小漏感,此外二极管特性、RC吸收参数也是关键因子。
xiezran
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初级工程师
  • 2019-4-17 14:36:01
 
李工,你好:
1、变压器EMC隔离屏蔽做法不对,应针对副边绕组来做屏蔽,原边与副边绕组之间应该插入一个原边的接地结构(比如是多股并列密绕的辅助绕组,或者铜箔)。
1.JPG
李工的意思是建议在线包最外层在做一层屏蔽?
2、副边有14V毛刺显然就是对应的EMC频谱发飙的原因,必须得到抑制。其中最重要的措施是双线并绕来实现(两个副边之间的)最小漏感,此外二极管特性、RC吸收参数也是关键因子。
2.jpg 3.jpg
不好意思,我记错了,翻出当时拍的图片了。只有7V,5个震荡周期。变压器二次侧绕组已经是双线并绕的工艺。




李工:
这个电源,传导裕量不足,0.2m~1mHZ,增加差模、X电容均无改善,将差模电感移至整流桥前,也无改善。变动一次侧地HV-和二次侧绕组中线V-跨接的Y电容为HV+和V-,传导的这段频段会超出很多,其它的跨接方法均是如此。也就是共模干扰流经了差模信号回路,叠加导致?选择合适的共模信号接地点可以解决?我有尝试各种不同的接地点,均无效。我的方向有误?
nc965
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  • 2019-4-17 16:50:52
 
你的绕组EMC结构是对的,但副边二极管电压毛刺仍然需要进一步设法消除,建议仔细追究双线并绕详细工艺(3匝可以有很多组合)。此外,LLC变压器5脚为屏蔽接地点,比较绕,可试试接到下管S脚。
你的传导和辐射是整体较高,因此属于整体结构性问题,追究Y电容的个别连接方式意义不大(只是碰巧)。
貌似这种导致EMC滤波失效的原理,可以理解为噪音越过了滤波而发生的耦合,其中输出(负载)与地的耦合也在此列(因为输入端子就是地)。



xiezran
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初级工程师
  • 2019-4-19 11:48:45
 
1. 你的绕组EMC结构是对的,但副边二极管电压毛刺仍然需要进一步设法消除,建议仔细追究双线并绕详细工艺(3匝可以有很多组合)。此外,LLC变压器5脚为屏蔽接地点,比较绕,可试试接到下管S脚。
李工:何种并绕工艺,可以减少此尖峰毛刺?此尖峰毛刺为肖特基寄生电容引起吧,并绕工艺个人经验可以改善输出整流的正负周期幅值对称的问题。
今日再次去测试了传导,在板外加一级π型 CM滤波器,裕量有9dB以上。但此方案不可接受,问题根源仍未找到。
顺便验证了下LLC内屏蔽层接地点,改到下管S脚,以及在输入侧输出侧各高dv/dt母线处接105 CBB电容(未使用无感电容),均对传导测试结果无影响。
1.JPG 2.JPG
2. 你的传导和辐射是整体较高,因此属于整体结构性问题,追究Y电容的个别连接方式意义不大(只是碰巧)。
貌似这种导致EMC滤波失效的原理,可以理解为噪音越过了滤波而发生的耦合,其中输出(负载)与地的耦合也在此列(因为输入端子就是地)。
李工:造成噪声越过滤波器直接耦合到输入,产生机理是否可以理解为,a 输出侧与输入侧距离较近,形成寄生电容发生直接耦合;b 输出侧强辐射源直接耦合至输入侧?
nc965
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  • 2019-4-19 19:57:21
 
板外加一级π型 CM滤波器,裕量有9dB以上,这就是问题根源。也就是滤波要加在最前沿,远离输出侧,避免了输出对输入的不利耦合。这种耦合有寄生电容的成分、也有环路电流的磁场耦合、还可能有磁性元件的耦合,甚至包括负载对大地(PE)的耦合。
关于二极管反压毛刺及其他相关建议措施,是针对辐射(而不是传导)的那几个超标峰值,频谱上它是对应的:
33e.png
xiezran
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初级工程师
  • 2019-7-24 08:46:52
  • 倒数8
 
李工,最近又去测试了,传导裕量8DB以上,辐射仍是超标,垂直方向30-80MHz,超的厉害。数据我已更新在首贴。望指导。非常感谢。
xiezran
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初级工程师
  • 2019-7-24 09:11:18
  • 倒数6
 
这几天去测试了,RE没通过。
xiezran
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初级工程师
  • 2019-7-24 09:15:39
  • 倒数5
 
5.jpg 通过频谱仪和自制近场探头,发现应该区域的铜箔走线对应30M-80M的频谱,且幅值最大。高频环路电流引起?在大电解处并高频电容333,无改善。
cmg
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  • 2019-4-16 17:34:12
 
超标很多喔
xiezran
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初级工程师
  • 2019-4-16 23:01:10
 
是的,大范围的超标。cmg版主有无优化建议?非常感谢
join3090
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  • 2019-4-17 11:11:07
 
1,薄铁皮将EMC部分隔开,薄铜皮包裹磁性器件接地
2,将磁性器件引脚抬高超出电源位置
多试试,看看哪里不经过滤波器串过去的

xiezran
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初级工程师
  • 2019-4-17 13:59:43
 
join3090 你好:
1,薄铁皮将EMC部分隔开,薄铜皮包裹磁性器件接地
此措施目的是判断滤波器的接受串扰?曾将APFC大电解后的回路断开,使用等额的电阻负载,传导裕量很大,是否可以认为滤波器和APFC回路无串扰?曾将PCBAYOUT右上方的肖特基散热器掰直,使其与输入端远离,传导特性未见改变,是否可以认为输出侧通过散热器直接与输入侧耦合可以忽略?
2,将磁性器件引脚抬高超出电源位置
多试试,看看哪里不经过滤波器串过去的
曾将5V反激回路断开,传导特性未有改变,离滤波器最近的APFC和反激的串扰都可以忽略。
感谢你的指导,非常感谢!
xiezran
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  • 2019-4-19 11:33:45
 
今日验证结果: 将2级共模,差模均反面焊接,差模外套屏蔽罩接地。对传导结果无影响。
moonsunrain
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高级工程师
  • 2019-4-19 12:52:33
 
GND,SGND间调整下电容,或者对PE加个Y电容试试。
xiezran
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初级工程师
  • 2019-4-19 15:01:23
 
一次侧大电解地和二次侧变压器副边绕组中线有跨接一个Y电容,调整容量大小,传导结果无明显改变。改变Y电容跨接位置,如,一次侧大电解的HV+与二次侧输出+,传导结果更差。
此电源仅在PCBLAYOUT预留了PE,实际测试时没有PE线连接。当然,我也有连接PE测试过,结果更差。
cmg
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  • 2019-4-25 16:11:51
 
问题解决了?
power雨点
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  • 2019-5-29 20:50:18
 
我的也是分立的LLC  500W     也是辐射超的严重  传导没有问题,  现在也在考虑辐射的问题,你的解决没有?
xiezran
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初级工程师
  • 2019-6-17 14:30:39
  • 倒数10
 
月底再去测一次,传导应该没问题了,会有8个db以上吧。辐射未知。
传导裕量不足的发射源,最终定位在15W的反激变压器上,加屏蔽,可以小4个db。
xiezran
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初级工程师
  • 2019-7-24 08:48:40
  • 倒数7
 
传导已有8db裕量,辐射超标严重。数据已在首贴中更新。盼指导。
dyjian
  • dyjian
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最新回复
  • 2021-10-22 09:43:34
  • 倒数1
 
多找几个品牌的MOS换下看结果
xiesiyizhu
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高级工程师
  • 2019-6-25 14:37:00
  • 倒数9
 
我也打算设计一款24V10A机子,刚好也打算用NCP1654+NCP1399的方案。但是没详细资料,老兄能不能共享下你的资料和讨论下设计心得,感谢!
xiezran
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LV4
初级工程师
  • 2019-7-24 09:31:44
  • 倒数4
 
最好找到原厂技术支持,或者代理,他们有1399的计算表格,可以参考。我这边确实无法提供。公司对所有文档进行了加密,外部计算机是无法打开的。1399还是比较好调的。注意好跳跃模式的阀值点与纹波大小的关联,合适的变压器匝比,一般也没什么问题。我这边仅遇到了使用FB脚做standby,待机功耗(非空载)过大的问题,折腾了很久,始终没解决。
son2011
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高级工程师
  • 2020-12-2 10:54:49
  • 倒数3
 
楼主测试通过了吗,我最近也在用频谱仪测试,也是前面30-100M超了,有什么好解决方案吗
风雨风情
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高级工程师
  • 2021-10-21 23:20:35
  • 倒数2
 
传导问题,将一级X电容加大,二级不用X电容,辐射问题,试着改变一下变压器的绕法,与屏蔽接地的长短,MOS上套磁珠试试,有时G极套磁珠也有不一样的效果
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