汽車電子傳導(dǎo)整改案例分享

1引言

大家都知道，在各個(gè)領(lǐng)域中產(chǎn)品在研發(fā)設(shè)計(jì)中會(huì)遇到令人十分困擾的的EMC問題，尤其是在汽車電子領(lǐng)域。為了能將電磁干擾減到最小，研發(fā)硬件人員一般在設(shè)計(jì)原理圖和繪制布局時(shí)，會(huì)通過調(diào)整開關(guān)轉(zhuǎn)換速率以及降低高di / dt的環(huán)路面積來減小噪聲源。

當(dāng)然，在布局和原理圖設(shè)計(jì)都非常謹(jǐn)慎的情況下卻依然沒有辦法將傳導(dǎo)EMI降低到最低水平。這是為什么呢？因?yàn)樵肼暿?a href="http://www.wenjunhu.com/tags/電流/" target="_blank">電流強(qiáng)度的影響而且最主要還受電路寄生參數(shù)的影響。因此我們?cè)陂_關(guān)打開和關(guān)閉的動(dòng)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生不連續(xù)的電流，而這些不連續(xù)電流會(huì)在輸入電容上產(chǎn)生電壓紋波，從而增加EMI。

所以為了能夠提高傳導(dǎo)發(fā)射我們需要采用一些其它方法。今天我們主要展示的是通過使用濾波器或是屏蔽罩來呈現(xiàn)的一些解決效果。

2問題描述

車廠的車燈產(chǎn)品，下圖是傳導(dǎo)測(cè)試數(shù)據(jù)圖，包括正向噪聲和負(fù)向噪聲，包含峰值和平均值測(cè)試曲線。其中，該被測(cè)系統(tǒng)主要采用芯片LMR14050SSQDDARQ1輸出5V/5A，并給后續(xù)芯片TPS65263QRHBRQ1供電，同時(shí)輸出1.5V/3A，3.3V/2A以及1.8V/2A。這兩個(gè)芯片都工作在2.2MHz的開關(guān)頻率下。另外，圖中顯示的傳導(dǎo)EMI標(biāo)準(zhǔn)是CISPR25 Class 5。

圖1CISPR25標(biāo)準(zhǔn)下的噪聲特性（無濾波器）

3整改方案

在電路電源輸入端增加EMI濾波電路，包括共模（CM）濾波器和差模（DM）濾波器。通常，DM濾波器主要用于濾除小于30MHz的噪聲（DM噪聲），CM濾波器主要用于濾除30MHz至100MHz的噪聲（CM噪聲）。但其實(shí)這兩個(gè)濾波器對(duì)于整個(gè)頻段的EMI噪聲都有一定的抑制作用。

圖2 EMI濾波電路示意簡(jiǎn)圖

4具體整改方法分析

1、增加一個(gè)DM濾波電路；

分析：從圖中可以看出，DM濾波器衰減了中頻段DM噪聲（2MHz至30MHz）近35dBμV/ m。此外高頻段噪聲（30MHz至100MHz）也有所降低，但仍超過限制水平。這主要是因?yàn)镈M濾波器對(duì)于高頻段CM噪聲的濾除能力有限。

圖3 CISPR25標(biāo)準(zhǔn)下的噪聲特性（帶DM濾波器）

2、增加CM和DM濾波器電路。

分析：與圖3相比，CM濾波器的增加降低了近20dBμV/ m的CM噪聲。并且EMI性能也通過了CISPR25 C5標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 CISPR25標(biāo)準(zhǔn)下的噪聲特性（帶CM和DM濾波器）

3、優(yōu)化PCB布局布線

（1）分析：優(yōu)化前PCB大面積覆銅（GND）包圍著DM濾波器，并和Vin走線形成了一些寄生電容。這些寄生電容為高頻信號(hào)旁路濾波器提供了有效的低阻抗路徑。因此，為了最大限度地提高濾波器的性能，需要移除濾波器周圍所有的覆銅，如下圖左側(cè)的布線。

圖5 不同的PCB布線

（2）優(yōu)化PCB后整體下降10db左右，可以通過測(cè)試，下圖是具體測(cè)試圖。

圖6 CISPR25標(biāo)準(zhǔn)下的噪聲特性（帶CM和DM濾波器，不同布局）

2、增加屏蔽罩。

（1）分析：這是因?yàn)檫B接著GND的金屬屏蔽罩可以阻止噪聲向外輻射。圖7推薦了一種屏蔽罩的擺放方法。該屏蔽罩恰好覆蓋了板上所有的元器件。

圖7 帶屏蔽罩的PCB 3D模型

（2）顯示了增加濾波器和屏蔽罩之后的EMI結(jié)果。

如圖所示，整個(gè)頻段的噪聲幾乎都被屏蔽罩消除，EMI性能非常好。這主要是因?yàn)榈刃?a target="_blank">天線的長(zhǎng)輸入引線會(huì)耦合大量輻射噪聲，而屏蔽罩恰好隔絕了它們。在本設(shè)計(jì)中，中頻噪聲也會(huì)采用這種方式耦合到輸入引線上。

圖8 CISPR25標(biāo)準(zhǔn)下的噪聲特性（帶CM，DM濾波器以及屏蔽罩）

5總結(jié)

增加EMI濾波電路或者屏蔽罩都能有效的改善EMI的良好效果，只是我們?cè)跒V波器的應(yīng)用場(chǎng)景和屏蔽罩的擺放位置還需要認(rèn)真考量，良好的PCB設(shè)計(jì)能讓EMI整改事半功倍。