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讨论 第8期 原创赛

分享几个电源适配器的EMI整改过程

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a422877308
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高级工程师
  • 2017-12-2 23:54:21
目前来讲,很多企业的硬件设计过程中并未重视EMI的设计,所以产品EMI出问题的几率比较多。这里分享一些整改过程,希望对各位有帮助,如果各位有比较好的思路,欢迎提出来,易于实现的,我会给出对应的测试结果。之前在某宝买过几块电源板,这里就用这些电源板进行整改。之前采用近场探头测试,无法和实际测试结果对应起来。这里改为标准测试环境,测试标准为GJB151B CE102(按照陆军地面限值),军标LISN与民标和汽车电子的略有不同,关于标准网络上有,对标准感兴趣的可以自行下载查看。

本帖预计会贴出近百张测试曲线,涉及多个电源板和适配器。如果有朋友觉得哪一种身边的日用品EMI比较难做的,也可以告知,条件允许下我会拿来测试并且尝试整改一下。

2017-12-11_22-30-28.png
a422877308
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高级工程师
  • 2017-12-3 00:05:56
 
一般来讲,投放市场的电源适配器都是符合对应的EMI标准的,当然这里指的是民用标准。若是用军标测试,相应的会严格一些,所以EUT测试超标很正常。
首先是一块AC220V输入,DC12V输出的电源板,采用功率电阻作为电源负载测试。
下图为EUT的基本情况,淘宝上图片较为清晰,所以就用上面的图片了。
输入端滤波电路采用的是大小各一个共模电感和两个X电容(一个X电容用Y替代)。
对比之前的小电源板,该电源板采用的滤波电路更扎实。但是仔细看会发现,该适配器输入端无泄放电阻,从安规角度考虑,可能会存在隐患。

2017-12-02_23-59-57.png
a422877308
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高级工程师
  • 2017-12-3 00:13:06
 
初始状态测试结果
EUT实际接线图很简单,下图既是
IMG_20171121_155227.jpg
其初测结果为,可能是测试软件的原因,测试结果曲线保存为图片格式后不是很清晰,横轴为10KHz~10MHz

L线

L线

N线

N线
a422877308
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高级工程师
  • 2017-12-3 00:23:52
 
测试结果还算比较好,没有超出太多,现实中遇到类似传导超标的多数工程师首先会考虑到“加”,加电容,加电感。这种方法比较简单粗暴,但是并不都能奏效,反而会陷入不停尝试的循环中。对于快速判断EMI问题并无太大帮助。

严谨一些,附上环境底噪测试曲线。

底噪-L线

底噪-L线

底噪-N线

底噪-N线

实验室外电网上接了个24小时工作的夜冷设备,所以N线上有一些噪声串入。幅值较低,不影响测试。

a422877308
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高级工程师
  • 2017-12-3 11:43:31
 
因为低频传导中应用的电感体积均较大,可以判断出图中小CM电感为高频铁氧体电感,对低频传导基本无作用。暂不做辐射测试,故将其拆除。输入端X电容为0.15uF的X2安规电容,补上图片
2017-12-02_23-59-57.png
IMG_20171204_105519.jpg
a422877308
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高级工程师
  • 2017-12-3 12:51:47
 
避免一些读者有疑问,同时出于严谨考虑,附上去掉小CM电感的测试曲线

L线

L线
a422877308
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高级工程师
  • 2017-12-3 13:26:08
 
整改过程
从3楼测试曲线可以判断为差模超标,关于差共模区别的方法很多资料中有提及,原理也很简单,如下面计算公式中的,L线和N线噪声分别为差共模的和与差。
2017-12-03_13-28-47.png 2017-12-03_13-29-06.png
一般来讲,低频以差模为主,L线和N线测试结果相当,也就是说共模成分很小。所以,这里主要针对差模部分进行整改。
文章大人
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副总工程师
  • 2017-12-4 09:58:47
 
值得学习   谢谢分享
何仙公
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副总工程师
  • 2017-12-4 13:47:27
 
难道准备改成差模电感?
yzw198612190003
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初级工程师
  • 2017-12-13 14:49:41
 
666666
wwf_8023
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  • 2018-1-19 14:09:07
 
值得学习,
心如刀割
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高级工程师
  • 2017-12-4 08:40:08
 
不错,图文结合。学习了
wwf_8023
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高级工程师
  • 2018-1-19 14:01:30
 
输入端需要泄放电阻,跟着学习了解一下,
wwf_8023
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  • 2018-1-19 14:03:05
 
是输出端需要泄放电阻还是输入端呢,有个疑问,请讲解一下,
nc965
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版主
  • 2017-12-4 06:02:37
 
谢谢分享
jeetag
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  • 2017-12-5 11:25:46
 
很不错,来学习下!
a422877308
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高级工程师
  • 2017-12-5 22:11:39
 
在不改变原有结构情况下,将电感装到电路板上。

IMG_20171202_111135.jpg
a422877308
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  • 2017-12-5 22:20:39
 
差模电容
15楼中有同时用到非晶电感和1uF差模电容的,但是测试结果超标了。其实该电容的使用没有问题,这里单独将电容改为1uF电容。测试结果是通过的,而且有足够余量。
IMG_20171202_112726.jpg


L线

L线

N线

N线
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  • 2017-12-5 22:27:58
 
从楼上的测试结果可以看出,32KHz附近还有个尖峰,因为1uF电容可提供的有效衰减频率到不了这么低,所以若需要对该频率附近的噪声提供有效衰减,就需要增加电容的容值,刚好找到一颗475电容,给各位读者看一下测试曲线。
CE102-3-去掉小共模换475X电容L_1.jpg
CE102-3-去掉小共模换475X电容N_1.jpg
a422877308
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  • 2017-12-5 22:49:28
 
从这里可以看出,475电容相比于105电容,在32KHz下令噪声降低了7dB左右,并且在32KHz之前的频率也有不错的衰减,结合未加电容前的测试数据对比,可以发现1uF电容的有效衰减频率约为30KHz,4uF电容的有效衰减频率更低,关于不同容值电容的有效衰减频率,随具体产品的不同而多少有些差异。
a422877308
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高级工程师
  • 2017-12-5 22:55:23
 
在不改变原有结构情况下,可以看到电容也可以装到电路板上(这里比划一下大小位置,并未焊上去)。
IMG_20171202_113137.jpg
a422877308
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  • 2017-12-5 23:03:51
 
2号电源板
接下来是一块24V输出的电源板,布局上相对松散一些。但是滤波电路配置很奢侈,一颗包裹绝缘胶带的卧式EE电感,一颗铁氧体环形电感,一颗0.68uF差模电容,输入还用线绕了个磁环。可谓良心厂家。
IMG_20171202_113555.jpg
IMG_20171202_113709.jpg
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  • 2017-12-5 23:07:02
 
从前面滤波电路配置上不难发现,差模成分仅有一个电容,EE和环形铁氧体电感有点重复使用的意思。我们看看初测情况,确实低频不怎么好,但是对于民品已经够用了。
CE102-4#初始状态-L_1.jpg

N线

N线
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  • 2017-12-5 23:09:27
 
差模电容
按照1号电源板的整改思路,既然觉得差模抑制不够,加个105的X电容看看结果。可以看到确实有效果。



CE102-4#输入加105X电容-L_1.jpg
CE102-4#输入加105X电容-N_1.jpg
IMG_20171202_120004.jpg
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  • 2017-12-5 23:20:53
 
个人认为由于滤波电路过于“庞大”多个电感的影响下,新加入电容会导致电路特征频率改变,使得第一个峰值由初始的22KHz移至16KHz。在通过不断增加X电容的容值过程中,第一个峰值也逐渐的向低频迁移。直到没有位置加更多电容。可以看出来,相比容值的大量增加,测试曲线降低的程度并没有像预期的给力(该现象比较难解释,如果有懂的大神,还请告知)
IMG_20171204_201909.jpg



加入8.7uF电容

加入8.7uF电容

加入9.7uF电容

加入9.7uF电容
CE102-4输入加10.7ufX电容--L1.bmp
a422877308
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  • 2017-12-6 22:39:42
 
从24楼可以看到有个较大封装的0.68uF的X电容,它的作用是在什么频段呢?或者说我们是否可以换成其他容值的电容呢?一般工程师在产品整改通过后并不会考虑类似这种问题。那么借此机会我替各位测一下到底差异在哪。该对比是在26楼的基础上的
首先将其拆除,查看测试情况,后面超的蛮厉害的,对比没拆除前的测试曲线。可以看到该电容的有效频段是在30KHz以上的。




去掉电容.jpg
1.jpg
a422877308
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  • 2017-12-6 22:45:12
 
当我们逐渐减小该电容的容值,观察测试结果。


0.47uF

0.47uF

0.3uF

0.3uF

0.2uF

0.2uF

0.1uF

0.1uF
a422877308
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  • 2017-12-6 22:52:10
 
从上面可以看出,首先,容值增加的过程中,中间频段降低了。其次,该位置电容大小的选择,0.47uF或者0.68uF是比较合适的,并且太大了也不会很好。
下面是上楼的测试状态
IMG_20171205_154626.jpg
IMG_20171205_160449.jpg
a422877308
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  • 2017-12-6 22:55:30
 
差模电感
上面看到了电容的滤波效果,可以发现其实并不是电容加的越大越好。那么换成差模电感将会如何呢?增加电感的绕组匝数又将如何呢?首先给出的是一组加入电感后的测试情况。在25楼初始状态下加的。从给出的测试结果来看,电感有作用,但是衰减值没有满足要求。



CE102-4输入加铁粉电感--L1.bmp
CE102-4输入加铁粉电感--N_1.jpg
a422877308
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  • 2017-12-6 23:06:01
 
既然要增加衰减值,是不是可以和电容一样呢?答案是有一些差异,以反射型电感来讲,绕组越多,感值越大,但是工作频段内未必能够提供有效衰减,板子上两个大大的共模电感就是例子。实际证明即使是专门加入的差模电感,也会想前面电容那样,有时候增加感值有用,有时候又差异很小。若是用在吸收呢?当我增加电感绕组后,测试出的曲线确实比前面有了明显的降低。
CE102-4输入加铁粉电感-绕满-L.jpg
CE102-4输入加铁粉电感-绕满-N.jpg
IMG_20171205_113932.jpg
a422877308
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  • 2017-12-6 23:19:50
 
3号电源板
接下来是3号电源板的初测情况。
IMG_20171205_165035.jpg
CE102-5-初测状态.jpg
a422877308
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  • 2017-12-6 23:25:55
 
看到这个测试结果,然后再回想一下上面28楼和29楼做的工作,就会发现上面两层楼的必要性。从29楼可以发现0.47uF电容(实际可以更小点,但0.3uF电容市场上没有)的有效衰减频率刚好落在37KHz超标频率之前。那么可以直接加上,测试结果如下。回看前面楼层,会发现有时候传导的整改要简单很多。




IMG_20171205_170945.jpg
CE102-5-加0.47uF电容.jpg
a422877308
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  • 2017-12-6 23:38:09
 
做的比较好的小功率电源
有些人会觉得,拿某些特定的产品的整改经验还不能用来解决可能遇到的超标问题。这里分享几个适配器,对于滤波电路不熟悉的可以参考这些厂家的设计。
目前主要有华为和小米,还有个航嘉的。。。三星和苹果及其他厂家的还在搜集中。。。。
IMG_20171204_192600.jpg
IMG_20171204_192607.jpg
IMG_20171204_135739.jpg
IMG_20171204_192639.jpg
a422877308
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  • 2017-12-6 23:41:30
 
测试负载都是同一部手机,充电过程为了避免可能随手机电量不同,充电电流略有差异,从而影响到测试结果。所以都选择手机电量在60%左右状态下测试。
首先是华为的(5V,2A)
华为适配器-充电--L1.bmp
华为适配器-充电--N1.bmp
a422877308
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  • 2017-12-6 23:43:43
 
接着是小米(5V,2A)


小米适配器-充电--L1.bmp
小米适配器-充电--N1.bmp
小米适配器-待机--L1.bmp
小米适配器-待机--N1.bmp
a422877308
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  • 2017-12-6 23:45:08
 
然后是航嘉(5V,1A)
航嘉适配器-充电--L.bmp
航嘉适配器-充电--N1.bmp
a422877308
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  • 2017-12-6 23:50:19
 
然后是一个老旧的5V,650ma的适配器,暂且叫他山寨适配器。可以看到拆开后的内部电路是没有滤波电路的,只有个保险丝,然后直接就是电桥了。
IMG_20171204_135802.jpg
IMG_20171204_114152.jpg
IMG_20171204_141255.jpg
a422877308
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  • 2017-12-6 23:51:39
 
测试结果当然是最差了,但是这个用民标来测是否会超就不清楚了。在这里用在GJB151B上是不过的。
山寨适配器-充电--L1_1.jpg
山寨适配器-充电--N1_1.jpg
心如刀割
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  • 2017-12-10 13:26:46
 
山寨的能有这样已经不错了
wwf_8023
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  • 2018-1-19 14:50:04
 
跟着学习之后,发现,X电容的容值的选择与测试出现的尖峰频段是有关系的,真心值得学习,有机会自己试试,继续跟着往下学习,
wwf_8023
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  • 2018-1-19 14:39:30
 
高质量的X安规电容确实能够抑制很好,点赞。
yszlcool
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本网技师
  • 2017-12-11 09:29:05
 
山寨产品有这个效果,非常不错了。

总结不错,对新手指导意义不错。

建议,可以增加原理图。
a422877308
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  • 2017-12-11 21:43:51
 
板子都是别人做的,没有原理图。也没时间一个个照着板子画原理图。若是有疑问,可以帮忙分析一下。
a422877308
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  • 2017-12-11 21:52:19
 
从前面的结果来看,若要抑制掉超标频段,需要加一颗电容或者电感。因为安规电容封装较大,板子上实在没有位置,所以选了个小的104陶瓷电容,该电容同样有较高的耐压,实测有1500V。可以看到超标部分已经全部降下来了。
山寨适配器-加104X电容--N1.bmp
IMG_20171204_155313.jpg
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  • 2017-12-11 21:54:42
 
若是处于其它因素考虑,需要加入电感的,这里给出一个加共模电感后的测试数据。所加电感是一颗体积很小的锰锌铁氧体电感。
山寨适配器-加小共模电感--N1.bmp
IMG_20171204_153925.jpg
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  • 2017-12-11 22:11:41
 
某开关电源

该电源由于是深圳某大型厂家在售的产品,买来是用作其他用途的,被我拿来整了一下。为了避免侵权,先把标签型号涂掉。可以看到样子与其它品牌差不多。



IMG_20171205_192653.jpg
IMG_20171205_192639.jpg
a422877308
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高级工程师
  • 2017-12-11 22:15:03
 
初测数据:很明显,低频超了。这里有个关于接地的问题,由于该产品没有处理好,所以刚好可以作为一个典型的例子,暂且留在后面。
CE102-24V新电源板初始状态-L.jpg
CE102-24V新电源板初始状态-N.jpg
a422877308
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高级工程师
  • 2017-12-11 22:21:40
 
来一张产品内部图,可以看到大厂就是大厂,用料还是很实在的。
IMG_20171206_102525.jpg
ashima224
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  • 2017-12-12 09:00:10
 
如果用民用标准看,这个是合格的。
a422877308
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高级工程师
  • 2017-12-13 21:30:13
 
合格是肯定了,但是多数工程师不明白为什么,不知道还如何在缩减成本的同时将产品的EMC特性做到更好。从我给出的过程也可以看出来,成本上可以降低,同时保证了更好的测试结果。
心如刀割
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高级工程师
  • 2017-12-13 21:36:48
 
什么标准?限值好高的样子
a422877308
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高级工程师
  • 2017-12-21 21:59:20
 
对比上面浮地的测试结果,这里是接地后的测试结果,可以看到明显的差异。
CE102-24V新电源板-接地-L.jpg
CE102-24V新电源板-接地-N.jpg
liguanghui2588
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实习版主
  • 2018-2-28 15:13:41
 
这种充电器的emc测试好过吗
a422877308
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高级工程师
  • 2018-2-28 21:41:26
 
手机电脑之类的适配器的EMC相对来讲比较好处理的。
XIAOTU80
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版主
  • 2018-3-1 08:14:39
  • 倒数10
 
没有外壳地,和带地的电源模块相比,哪些地方容易过或者需要考虑
a422877308
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  • 2018-3-4 20:16:32
  • 倒数9
 
首先要说的是什么时候外壳要接地,前面提到了接地不仅仅是从EMC考虑,还有一点是要考虑安规,版主作为资深人士,应该很清楚。然后说接地和不接地的区别,两者的区别就在Y电容上,(当然,也有部分塑料壳的设计会在壳内放一块金属材料充当地,这样便可以加入Y电容,但这个跟大地还是有区别的),理论来讲,带Y电容接地的滤波电路插损和滤波带宽更好一些。实际上造成接地比不接地更差的原因就在于设计中没有考虑到耦合的问题。不接地滤波电路因为没有产品内部共模回路,设计起来就比较随意,不同人做出的产品差异也不大。但是有外壳地的情况就不同了,共模噪声回路经常容易被忽略,所以不同人作出的产品差异就比较大。
a422877308
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高级工程师
  • 2018-3-4 20:36:02
  • 倒数8
 
一般来讲带机壳地产品在设计上需要注意的地方大致上有:
1、滤波电路尽量和MOS、变压器、数字电路保持距离,滤波电路的输入和输出端保持距离,最好直进直出。
2、Y电容放置上,一级滤波情况下,或者说只有一组Y的情况下,注意产品噪声阻抗,滤波是基于阻抗失配原理的,负载阻抗低(经验上讲功率大)时,Y放在输入侧。相反情况用同样道理。
3、多级滤波情况下,大的Y靠近噪声源放置(高速数字电路往往相反),而小的Y一般放在输入端(带屏蔽作用(并非所有金属壳产品的外壳都有屏蔽作用)的外壳,Y电容要紧靠电源输入端的金属壳体),这样有利于降低产品辐射。
4、板上滤波电路,应该注意滤波电路下方不能大面积辅铜,因为会有严重的耦合产生,所以滤波电路的地一般都很窄,在地走线上,一定注意尽可能远离电感,因为电感的强磁场会耦合在地线,又会从Y电容重新回到高位线,造成高频传导和辐射的超标。
写的不是很全,如果有忽略的地方,还请补充。
心如刀割
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  • 2017-12-13 21:32:54
 
这样整改就有点奢侈了
a422877308
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  • 2017-12-14 20:45:40
 
标准我开始就说了,是GJB151B,相对民标来讲,肯定是要严格一些的,如果这个限制线还高,那产品更过不了测试了。
我的目的在于让一些需要整改产品的工程师明白整改过程和思路,而且没有增加成本啊,为何会认为奢侈呢?奢侈的材料和整改措施我都还没提呢。


a422877308
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  • 2017-12-14 21:10:26
 
承接48楼,该测试结果来看超标并不多,但是47楼中提出接地的问题,这里需要跟各位说明的是,48楼的测试结果是未接地下的测试结果。关于金属外壳产品的接地,很大程度上是基于安规考虑的,其中就有对接地阻抗要求的部分,摘抄如下:
标准接地电阻规范要求:  
1、独立的防雷保护接地电阻应小于等于10欧;  
2、独立的安全保护接地电阻应小于等于4欧;  
3、独立的交流工作接地电阻应小于等于4欧;  
4、独立的直流工作接地电阻应小于等于4欧;  
5、防静电接地电阻一般要求小于等于100欧;
6 、共用接地体(联合接地)应不大于接地电阻1欧。
接地在EMC上的重要性不用我说,相信稍微有了解过EMC的朋友都有从各种渠道了解过“EMC三大措施”-屏蔽、接地、滤波。
但是很多工程师误认为接地就是好的,浮地就是不好的,所以产品内各种接地措施,殊不知接地在很多情况下会得到相反的结果。

a422877308
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  • 2017-12-14 21:34:50
 
首先指出该产品EMI电路设计中存在的一些缺点: IMG_20171206_102525.jpg
如图所示,
第一:采用相同共模电感,首先成本增加,其次,相同共模电感不会增加滤波带宽,有人可能会说两个电感会成倍的增加衰减,其实不然。这里可以将其中一颗共模电感更换为高频电感(从绕组上可以判断出图中电感为抑制低频传导用,缺少高频抑制),或者更换为一颗差模电感,抑或直接去掉。
第二:滤波电路中差模抑制设计了两颗X电容,箭头上X电容容值上可以考虑增加一些(初始值为1uF)。
第三:共模电容,共模电容在接地上处理的有问题,输入和输出电容接地管脚在一条走线上,而且输入端远离输入端口。对于高频共模滤波,这些都将是不利的因素,而且有一个重要的问题,就是公共阻抗耦合,传导中的高频噪声由输入端电容管脚耦合到输入线上。而且,共模电感刚好距离地线很近,锰锌电感的高磁导率会激发比较强的空间磁场,所以噪声同样会通过空间耦合到地线上。
a422877308
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  • 2017-12-14 21:48:11
 
从上面可以看出两点,不接地下对差模进行整改,接地下可对共模进行整改。
首先,我们整改差模部分。
采用与上面的其他产品相同的办法,分别用电感和电容的方式。
当用电容时,增加端口差模电容为4.7uF,看到测试曲线有所下降。


加4.7uF电容-N线

加4.7uF电容-N线
a422877308
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  • 2017-12-14 21:54:12
 
X电容容值不能再大了,因为更大的X电容封装也会更大,产品内部装不下。所以,改电感更为方便,增加一颗小差模电感(56楼图),其目的是为了替代板上的其中一颗共模电感。测试结果曲线如下,测试曲线又有下降。
CE102-24V新电源板-加铁粉电感绕满-L.jpg
CE102-24V新电源板-加铁粉电感绕满-N.jpg
a422877308
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  • 2017-12-14 22:01:05
 
考虑到电感较小,且线径不符合电流要求,所以更换一颗稍微大一些的电感进行测试,

CE102-24V新电源板-加大的铁粉电感绕更多 不接地-L.jpg
CE102-24V新电源板-加大的铁粉电感绕更多 不接地-N.jpg
a422877308
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  • 2017-12-14 22:03:27
 
若是产品不需要接地,该结果已经可以通过GJB151B了,但浮地是不允许的,所以上一张接地后的测试图,就可以发现,接地后的测试结果反而超标了。。。
CE102-24V新电源板-加大的铁粉电感绕更多 接地-L.jpg
心如刀割
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  • 2017-12-15 17:01:12
 
看到图片都是加了共模电感,所以觉得奢侈了。
楼主的经验老到呀,能否多从原理上讲解一下让我们学习学习
a422877308
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  • 2017-12-16 07:47:45
 
上面的板子整改都是从两个方面出发的,一种是电容,一种是电感,觉得电感贵,你可以用电容啊。
a422877308
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  • 2017-12-16 07:50:43
 
之前的帖子有讲过原理,因为少有人看,所以这里就主要讲实际整改过程了。众口难调啊。
wwf_8023
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  • 2018-1-19 14:54:24
 
这是设计小体积电源需要考虑的,华为充电器的效果要好于小米的,他们在前端处理的差别在哪里,
a422877308
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  • 2018-1-23 11:08:58
 
我没拆开来对比过,因为华为的适配器是借别人的。从参数上看,这两个输出功率都一样,但是小米体积小,EMI电路空间更小,我猜小米的EMI滤波电路体积更小,元器件更少。
wwf_8023
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  • 2017-12-21 16:00:39
 
整改的时候,出现的那个尖峰,都是出现在不同的频段上,为啥会出现在那几个频段,请指教一下,
a422877308
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  • 2017-12-21 22:23:47
 
其实判断超标的原因要考虑到很多因素,既有滤波电路不合理的原因,也有结构不合理的。
经验丰富的工程师一眼便可以看出来问题所在,比如下面这张测试图,前面很多毛刺,后面有个包络。这里不论是否超标,仅讨论该测试结果中的尖峰和包络(窄带和宽带)是为何来的。
首先,1号位置的低频为明显的窄带分布,这个是由于滤波器低频参数不够引起的,一般滤波器的滤波频段为100KHz~30MHz左右,低于和高于这个频段,滤波器的作用都将下降。这里指的是LC滤波器,有源滤波器可以有效虑除100KHz以下的噪声,射频频段的用PCB上滤波、微带滤波、腔体滤波、特殊结构(如EBG)进行滤波。
然后看2号位置的包络,可以看做宽带发射,该频段之前有一部分是很平整的,到3MHz作用开始出现个包络,可以判断为结构不合理导致。因为包络前的开关频率(到500KHz左右)能量更大,测试结果却更好,说明滤波器参数是OK的(低频有效频段可以到500KHz以下)。唯一的解释是结构性问题。结构又分板上走线和机箱滤波器布局。走线的失误会引起公共阻抗耦合,机箱滤波器的布局会引起滤波电路输入输出耦合,这两类耦合都是高频的,MHz以上的。
CE102.jpg
a422877308
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  • 2017-12-21 22:37:31
 
接60楼,继续进行优化,既然前面有说到金属壳产品的接地要求,又指出该产品存在的公共阻抗耦合问题。这里就处理公共阻抗耦合问题,一般来说,存在此类问题的原因在于多级滤波电路的接地处理方式不当,也和MOS、肖特基的散热片与机壳直接相连有很大关系。该电源的肖特基散热片就是直接与机壳相连的,不建议这样做(该产品的散热片可能是焊接在壳体上的,很难拆,无法测去掉散热片的结果)。
因此,验证该假设的直接方法就是将多级的共模缩减,去掉滤波电路内部的输出共模电容,该措施有时会影响到滤波电路的滤波效果。可以看到测试结果较之前更好了。
CE102-24V新电源板-加大的铁粉电感绕更多 输出Y断开,接地-L.jpg
a422877308
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  • 2017-12-21 22:42:15
 
一种极端的方法

在极端情况下,既要满足壳体接地的低阻抗要求,又要避免这种地线耦合问题,可以在PCB地线IO口加电阻或电感,满足高频阻抗要求。


下面就来验证这种想法,手上电感种类匮乏,无奈采用多个串联的方式。


声明一点,这里和楼上的许多类似的方法,有些是基于技术讨论的角度,实际产品开发中不可能用到,当然本帖也有很多东西是产品开发中值得参考借鉴的,而且在成本结构优化上也是有一定帮助的,希望各位朋友能够区分开来。




a422877308
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  • 2017-12-21 22:51:09
 
在地线上串接电感的目的便是提高公共阻抗(地)的阻值,使高频噪声不会走该途径,也就不会耦合到电源高位线。
IMG_20171207_103125.jpg
a422877308
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  • 2017-12-21 22:59:59
 
因为电感感值选的不是很合适(器件有限),差别不是很明显,但是可以看出,地线上加电感确实是好了些。(猜测87KHz作用的尖峰是由散热片带入的)
地线不加电感-N-接地.jpg
地线加电感-N-接地.jpg
a422877308
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  • 2017-12-21 23:07:16
 
一般来说,公共阻抗耦合多是高频段引起的,几MHz到十几MHz的居多,所以选择针对该频段的差模锰锌铁氧体电感更加合适。
同类,地线上加电阻也会带来同样效果,但是会削减低频共模的滤波效果,实在有点鸡肋了,还不如直接将共模电容拆掉。
wwf_8023
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  • 2017-12-22 10:53:17
 
谢谢,理解了,
a422877308
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  • 2017-12-22 19:34:41
 
介绍一种高频端口滤波
相信论坛里多数工程师都是做电源的,对滤波连接器不是很熟悉,这里介绍一种小型化的滤波连接器,其用途主要在汽车,轮船,医疗,通讯,军工等行业。
目前国外比较著名的生产厂家为安费诺,Phoenix等,国内也有生产厂家,比如下面的这家德驰,还有军工巨头中航工业。

a422877308
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  • 2017-12-22 19:55:00
 
滤波连接器专门用于滤除金属机箱内耦合到电源线和滤波器上的高频噪声,如下图所示,连接器分外壳体,板式电容,插针组成。板式电容为穿心电容,穿心电容的高频特性很好,保证了金属机箱的屏蔽效果,也能一定程度上改善传导测试结果。据个人了解,目前电容的容值可以做到104左右,多针的连接器受针间距影响,电容可能会小一些。
2017-12-22_19-21-09.jpg
2017-12-22_19-49-51.jpg
2017-12-22_19-51-52.jpg
a422877308
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  • 2017-12-22 20:48:05
 
上面的滤波连接器,其金属壳体内不仅可以装电容,还可加装电感,组成L或Pi型滤波电路,这里的电感同样为片式,类似穿心磁珠。两者的结合,保证了高频下有足够的差共模衰减。所以即使该类型连接器价格昂贵,依然有一定的市场。
wwf_8023
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  • 2017-12-27 10:20:20
 
真的很不错,这样的介绍,才能让我们学的跟多,也方便理解和消化,
Ivan007
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本网技师
  • 2017-12-28 12:58:39
 
学习了,谢谢分享。
ldk123
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本网技师
  • 2017-12-28 14:47:54
 
动手测试的结果图文并茂这文章很好要加精,再加上原理性分析就是大神级别
a422877308
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  • 2017-12-28 21:29:24
 
过奖了,大神谈不上,很多原理都是来自书籍文献资料。
a422877308
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  • 2017-12-28 21:39:17
 
继续介绍滤波连接器
滤波连接器有诸多优点,
1、不改变原有结构
2、高频特性优异
3、多路信号I/O节约大量板上空间
4、不用担心机箱内高频噪声耦合到I/O线上
当然也有一定缺点,一是成本高,二是整改过程中难以更换内部电容(往往要和连接器一起更换)
所以,设计初期选择合适的滤波连接器显得相当重要。个人提出一个选择思路仅供参考。
1、初步选定需要的电容容值
2、设计对应容值的板式电容
3、将完整模型和连接器模型一起带入仿真工具进行插损等参数确认
4、对不满足需求的结构和材料参数进行优化
a422877308
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  • 2017-12-28 21:51:59
 
当连接器结构尺寸确定后,假如外部直径为16mm的三针插头,总长13mm,伸出5mm。
需要4700pF的滤波电容(如AC供电需考虑相应的安规要求)
1、设计电容
目前介质材料介电常数可以做到几千不等,选择介电常数为2500的材料做电容介质,电容外径为15mm,绘制电容电极(如下图所示),对电极层数、间距进行参数化处理。
2017-12-28_21-48-30.jpg
a422877308
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  • 2017-12-28 21:57:03
 
2.求解电容参数
对参数化的电极进行扫描,从下面结果可以近似看出所需容值(4700pF)对应的结构尺寸。
2017-12-27_22-32-19.jpg
将对应参数带入,重新仿真获得电容容值,可以看出该尺寸下电容容值为4673pF,近似等于4700pF。
2017-12-27_22-38-19.jpg
a422877308
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  • 2017-12-28 22:13:40
 
3、装入连接器内求解插入损耗参数
因为手上没有真实的连接器尺寸图纸,画个简易的替代,整体思路一致即可。
2017-12-28_21-42-20.jpg
带入后,求其中一根插针的插损,下面为求解结果,可以看到该连接器有效滤波频率在1GHz以上,因为模型较为粗糙,出现一些谐振点,这些可以通过后续优化结构获得更好的插损曲线。
2017-12-28_7-52-31.jpg
从模型表面电流可以看出,高频噪声通过连接器内的电容直接到机壳上,避免了金属机壳内高频噪声经由线缆辐射出去的可能。
2017-12-28_22-10-18.jpg
a422877308
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高级工程师
  • 2017-12-28 22:26:38
 
利用原有硬件电路和产品经验,对设计出的滤波器参数进行评估,考虑实际电路中存在的高频频率,在此敏感频段下保留足够余量即可。后期产品测试中,若出现有超标情况,也不会太严重,而且整改起来可以不用考虑外部线缆的处理,将重点放在机箱内PCB和结构线缆的优化上。线缆的选择上,可以不用考虑笨重且成本高的屏蔽线缆。
XIAOTU80
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  • 2018-2-26 22:56:02
 
用什么软件画的
a422877308
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高级工程师
  • 2018-3-13 22:13:07
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软件是CST
benny62113
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本网技工
  • 2018-3-6 15:12:59
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請問RE102 3-5M超標可能是哪裡的問題?搞好久...幫幫忙提示一下,謝謝
benny62113
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本网技工
  • 2018-3-10 12:37:27
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上個測試圖
IMAG1593.jpg
a422877308
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高级工程师
  • 2018-3-13 22:20:35
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这种包络不看实际产品是很难分析出原因所在的,而且你用的是GJB151中陆军地面的限值,受保密要求你没法提供太多信息,我只能说根据你们滤波电路设计来判断,如果滤波电路做的充足,就看看结构设计是否合理,或者说是否因为线缆导致的超标,有近场探头的话可以准确的定位,没有的话,用个磁扣逐个夹一下。
nc965
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  • 2018-3-14 07:26:46
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繁体字,国军?
benny62113
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本网技工
  • 2018-3-14 18:19:28
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感謝你,我在LN對地加Y電容有好很多了,可以再問一個問題CE部份10幾K不足餘量,該從哪下手?
a422877308
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高级工程师
最新回复
  • 2018-3-17 21:44:31
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传导的话,十几Khz超标,一般都是滤波电路低频不足引起的,这部分噪声通常以低频为主,看看电源上的X电容是否够大,如果不够,就加一些看看效果。当然有时候一些大功率电源在低频共模也会超标,这种大功率电源在滤波上处理不如在PCB上对低压驱动电路进行处理方便,而且成本上低压驱动电路部分的滤波或者吸收更具优势。
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