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【原创:EMI整改分享】PD电源的传导辐射整改案例总结

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z443233785
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副总工程师
  • 2023-12-5 19:10:13
    做PD快充一晃又是一个年头,30W-100W大大小小的功率做了将近10多个项目,基本上都要求过全球认证,不是在改板就是在整改EMI的路上,头发稀疏了不少,黑眼圈也冒出来了,十分不容易的一年。
   借助这个机会,将2023这一年跌跌撞撞踩过的坑做一个总结,分享给有需要的朋友。   通过经验的积累和理论的支撑,加上勤奋的双手和发际线的加持,希望大家都可以辐射一把过,成为整改专家。由于时间紧张,错漏之处在所难免,还请各位前辈斧正为谢


---------------------------------------------------------------------------------
项目一:
36W A+C,C口单独使用35W,A口单独使用18W,A+C口同时使用,C口降为18W,A口不变
组合模式5V3A+5V2.4A,高压水平辐射超,方案为前级AC-DC,后级两路Buck
注:单独测试前端AC-DC辐射有8dB余量
图片1.png

下图是参数什么都没有动,只是把吸收的电容电阻换了一个位置就下来了3-5dB
图片2.png


整改方法和原理解释将会整理放在第6楼



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hunter4051
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  • 2023-12-6 10:38:15
 
EMC确实是个麻烦的问题,没有固定的规律,经验还是占很大一部分
赵日天
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副总工程师
  • 2023-12-6 13:05:06
 
这种ACDC拖几路DCDC的是不是比起来直接,ACDC直接输出那种EMC容易一些,VDS电压基本不变
YTDFWANGWEI
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版主
  • 2023-12-6 14:33:02
 
没有原理图及PCB板啊,更换位置的RC电阻电容是哪个?
edie87
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副总工程师
  • 2023-12-6 17:37:51
 
都是紧凑型,小体积的,空间距离近干扰自然比较大
z443233785
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副总工程师
  • 2023-12-8 20:05:27
 
EMI还好,难点是温升比较难整
MOS又炸了
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高级工程师
  • 2024-1-2 12:14:27
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一直没搞明白现在的实验室的外壳温度是怎么搞的,新国标说不能超过77度,认识的一家实验室说最少满载2小时不超才行,我们做的温度一直不行,在市面上买了一些有过3C认证的拿回来测试发现也超了,那么他们是怎么拿到认证呢,希望指点一二
z443233785
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副总工程师
  • 2023-12-7 19:37:17
 
接1楼更新------------
整改方法:
将其中一路DCDC的RC吸收改到靠近芯片地的位置,如下图红色方框的RC移到蓝色方框位置
这样修改后辐射一下增加了3-5dB余量,未增加任何成本,可见PCB Layout的重要性

图片3.png

深入分析:
先看原理图,便于分析,下面分4个点,其中B点为DC-DC的SW动点,其它三个点都是相连接的地

图片4.png

C和D点相连辐射差
图片5.png

C和A点相连辐射好
图片6.png

图片7.png
z443233785
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副总工程师
  • 2023-12-7 19:45:18
 
从原理图上可以看到,该芯片把功率器件都内置在里面了,便于分析所以挖出了它的方框图来:
图片8.png
方框图内部内置了两个功率MOS,一个为上管,红色圆圈标记的为下管,带颜色的是后期加上去的外围,组成一个简易的Buck电路。


图片9.png
与实践相结合,通过整改发现C点靠近芯片1脚,有效缩短了吸收环路的面积,改善了辐射。不仅如此,在Buck电路中这两个功率环路也要 尽可能的小,优先级大于RC吸收回路:
图片10.png
图片11.png

下图为最终的辐射整改数据,未增加任何成本下,不读点余量大于7dB
图片12.png
图片13.png



z443233785
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副总工程师
  • 2023-12-7 20:05:56
 
项目一的辐射整改总结:
1..功率环路尽可能的小,输入靠近上管预留贴片电容到地,缩短上管功率回路;
2..Buck电感右端预留贴片电容到地,缩短下管功率回路;
3..吸收回路靠近下管的地,缩短RC吸收回路;
4..PCB画板的时候,可在C1串一个电阻,预留位置方便整改辐射;
5..板子上有两种DC-DC芯片,且开关频率不一致时,注意地的共模电流处理;
6..输入输出加共模或串磁珠是下下策,增加成本的方法尽量少用;
7..SW动点尽量不要放到板边,最好用地包围;
8..下管MOS增加RC吸收,比在上管MOS加吸收更有效果;
9..辐射余量是在画板布局的每一个细节中一个dB一个dB累积抠出来的(控制芯片内部设计布局除外);


wcm014
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副总工程师
  • 2023-12-8 08:35:08
 
厉害,支持,谢谢分享
赵日天
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副总工程师
  • 2023-12-8 12:49:25
 
功力深厚啊
YTDFWANGWEI
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版主
  • 2023-12-8 16:21:45
 
这样更换位置,我以为是R跟C对调了一下位置呢,这个跟李工说的最小环路原理应该是一样的,不仅吸收,布局也是。
z443233785
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副总工程师
  • 2023-12-8 20:04:12
 
嗯 ,万变不离其宗,只有自己经历过才印象深刻
newcenturydesign
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LV8
副总工程师
  • 2023-12-11 09:14:42
 
之前做过一个12-24V输入的车充把vcc脚上电容直接顶在芯片脚上辐射瞬间小了5DB
z443233785
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副总工程师
  • 2023-12-13 19:34:15
 
对,这就是宝贵的经验
z443233785
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副总工程师
  • 2023-12-9 16:49:36
 
项目二:
45W 单C,内置氮化镓,小体积
高压输入没有问题,当在低压110Vac输入,输出15V/3A时,垂直64.4M超了0.73dB,这个点整了很多地方都压不下来,已经整改测试有1个多小时了,整改辐射都是争分夺秒的:
图片14.png

大家可以先猜猜哪里的问题,整改方法放在25楼






蒲文龙
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本网技师
  • 2023-12-9 17:06:40
 
RCD靠近AC了
z443233785
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副总工程师
  • 2023-12-13 19:35:37
 
跟这个影响不大,靠近AC会影响传导是真的
蒲文龙
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本网技师
  • 2023-12-19 23:20:32
 
RCD是动点,靠近AC直接耦合过去了,移远一点辐射至少下来3个DB,画板不努力,调机徒伤悲
wesley_tang
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高级工程师
  • 2023-12-13 14:05:26
 
25 楼在哪呢,还没盖起来啊?
z443233785
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副总工程师
  • 2023-12-13 19:36:07
 
等不到25楼啦,趁有点时间先抢在20楼更新一下:
接14楼继续:
调整氮化镓并的 DS电容没有 一点用,下图为加大DS电容的容值,加到47pF,超了1.04dB
图片18.png
相信60M左右超的时候,很多人第一时间想到的就是加大这里的容值,因为以往的经验告诉我们,60M左右一般都是由前端的MOS管引起,所以不能直接套用。
当然,改Y电容也没有一点改善,几个回合下来,基本上64M的这个点纹丝不动,毫无进展,一想到回去无法交差,无形的压力感倍增;
z443233785
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LV8
副总工程师
  • 2023-12-13 20:01:57
 
喝了一口免费的矿泉水,思路也清晰了一点;
R9和D2对换位置超的更多,超了有5.32dB了,恼火啊!越改越差,200多码的血压瞬间飙升...
一首“凉凉”送给自己
图片17.png
图片15.png

既然超的更多,所以先将问题锁定在辅助绕组这边

赵日天
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副总工程师
  • 2023-12-14 12:52:24
 
图中的D1   F7是什么作用,很多都没有这个D1
wesley_tang
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高级工程师
  • 2023-12-14 13:59:01
 
BJT Q1 的 BE 耐压不够,在开机过程中右边先起来 VCC 会击穿 BE,变成没有把左边的电解电容完全隔离开;会影响一些东西,不过击穿倒不一定会损坏 Q1.
z443233785
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副总工程师
  • 2023-12-19 20:07:10
 

23楼说的对,三极管的VEB耐压也就只有6V,当VCC启动充电到24V时,24-18V=6V,还没算上稳压管的误差值,在低温开机的时候有损坏三极管风险
图片19.png
tiger__009
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高级工程师
  • 2023-12-14 18:10:22
 
因为D2用的是快管?
z443233785
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副总工程师
  • 2023-12-19 20:18:16
 
接着21楼继续:查看PCB,足足盯着看了3分钟,发现变压器的地是单点接到大电容上面的,找了根铜线把地改为大面积接地,修改后余量4.16dB
图片20.png


如下PCB图,修改PCB地线,变压器单点接地改为大面积接地
修改前:变压器单点接地
图片21.png


修改后:变压器大面积接地
图片22.png


图片23.png


修改PCB地线之后,Vcc二极管D2由ES1J改为F7,余量9.32dB
24楼说对了,用的快管对辐射有影响,但是也不能用慢管,不然对同步整流有影响
图片24.png


项目二的辐射整改总结:
1..当整改无方向时,调整某个点反而更差的时候,说明干扰源就在附近;
2..Vcc二极管反向恢复速度越快,辐射越差,次级有同步整流的时候不能用慢管,比如A7/1N4007;
3..对小功率而言,变压器的地可以单点接地,也可以大面积铺地,根据不同芯片方案和PCB布局而定;
4.. 画板的时候尽量预留Vcc二极管的RC吸收,有的时候这里对辐射有帮助;

5..辅助绕组预留贴片电容;


MOS又炸了
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高级工程师
  • 2023-12-20 17:37:41
 
想请教一下这个VCC整流二极管不推荐用慢管对同步具体是什么影响呢
z443233785
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副总工程师
  • 2023-12-25 20:23:46
 
会共通炸MOS
因为使用慢管时,在反向恢复期间,辅助绕组侧有反向电流流过,导致有额外的电流被储能到Lm,在Lm谐振时,最低点会比Vin-Vor更低,高点也会比Vin+Vor更高,此时同步MOS的Coss被抽走更多的电荷,产生的负压会达到同步芯片检测开启阈值,而导致同步误开启

蒲文龙
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本网技师
  • 2024-1-2 11:13:36
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我靠,学到精髓了
zhenxiang
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  • 2024-1-5 09:17:28
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厉害 这都被发现了
熊出墨
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初级工程师
  • 2023-12-22 14:34:43
 
感谢楼主,都是干货
z443233785
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  • 2023-12-28 20:17:44
 
项目三:
70W 三个C口,氮化镓平面变压器方案,超薄小体积
230Vac输入时,
传导AV线800K位置顶线,Y电容加大有轻微的改善,整改了很久,加大X电容,加大共模电感,加大差模电感,调整Y电压等等,改哪里都没有效果。有资深工程师提醒我说,这个位置很有可能是距离插脚太近了,引起的传导问题。
图片28.png
后面我把整个输入的X电容,共模电感,整流桥架到板子外面,也没有任何改善,这个点就是雷打不动,真想把板子扔地上踩几脚,佛都有火!

整改方案将放在37楼


z443233785
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副总工程师
  • 2023-12-29 14:43:41
 
好像关注的人不多
LG01
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高级工程师
  • 2023-12-29 15:02:59
 
架在板子外面,只是拉开了元器件的距离吧,实际的针脚距离还是没变的
z443233785
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  • 2024-1-2 09:02:31
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元件针脚一起搭高架桥架空在PCB板子外面的
赵日天
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  • 2023-12-30 09:39:05
 
这个频率确实很多都是由于距离造成
LG01
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  • 2023-12-30 11:36:14
 
是共模跟整流后的线之间的距离嘛?
z443233785
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副总工程师
  • 2024-1-2 09:05:56
  • 倒数8
 
回复 35楼,尽量不走回头路
z443233785
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副总工程师
  • 2024-1-2 09:04:22
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对,那个点一般情况 下主要是由于PWM芯片倍频发出来的差模干扰
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高级工程师
  • 2023-12-30 13:36:54
 
这个就是变压器第一层的屏蔽问题,采用线绕,圈数可以改善这个点,改外围真的是没有办法解决
z443233785
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LV8
副总工程师
  • 2024-1-2 09:00:59
 
现在基本上每天晚上回去都泡在电子研习社上面,研究EMI相关的教程,依据各位前辈的视频教程,研究发现变压器下面走了大量DC-DC的功率地,
如下图:
图片25.png


需要把变压器下面的屏蔽地和功率地分离,修改PCB:
图片26.png


就只动了PCB的变压器低部的DC-DC功率地线,其它参数什么都一样,下面是改善后的波形
图片27.png


项目三的传导整改总结:
1..变压器下面不要走次级的功率地线路,将会影响传导,特别是大面积的铺地要注意;
2..AC插脚下面有次级地也会影响传导,隔开一定的距离;
3..输入EMI线路无法避免会挨着插脚时,可增加一块小铜箔进行隔离;
4.. 输入EMI线路一条路走过去,避免走回头路径;
5..X电容需要远离变压器,不然传导会让你怀疑人生;


MOS又炸了
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高级工程师
  • 2024-1-2 10:44:21
  • 倒数7
 
这种平面变压器的话屏蔽层是固定的吗,Y电压应该没办法调吧
zhouxiaozhou
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助理工程师
  • 2024-1-2 16:56:12
  • 倒数4
 
谢谢分享,学到了很多。
gotodalin
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初级工程师
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都是干货  学习了         
guduyuanyuai
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高级工程师
最新回复
  • 2024-2-2 10:24:29
  • 倒数1
 
很不错的经验帖,希望楼主继续
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